现场地压观测与分析课件.ppt

1、u9.1 9.1 概述概述 掌握掌握岩体工程观测的特点岩体工程观测的特点u9.2 9.2 围岩位移与变形观测围岩位移与变形观测 知道知道表面位移观测方法、内部位移观测表面位移观测方法、内部位移观测方法，方法，了解了解各类方法如何应用各类方法如何应用u9.3 9.3 支架荷载测量支架荷载测量 知道知道锚杆测力计及拉拔试验，锚杆测力计及拉拔试验，掌握掌握岩柱与支架压岩柱与支架压力观测点的布置方法，力观测点的布置方法，了解了解3种测量方法的原理及适用范围种测量方法的原理及适用范围u9.4 9.4 围岩应力测量围岩应力测量 了解了解光弹应力计、光弹应变片的测量原理光弹应力计、光弹应变片的测量原理 u9

2、.5 9.5 岩体声发射监测预报技术岩体声发射监测预报技术 掌握掌握岩体声发射技术的概念，岩体声发射技术的概念，了解了解岩体声发射技术技术的布点、监测和预报方法岩体声发射技术技术的布点、监测和预报方法u9.6 9.6 光电技术在地下工程监测中的应用光电技术在地下工程监测中的应用 了解光纤传感器的原理u岩体工程观测的特点岩体工程观测的特点（1）时效性。）时效性。由于岩体工程的服务年限一般都较长，岩体由于岩体工程的服务年限一般都较长，岩体具有流变特性，因此，测试设备应保持长期稳定；具有流变特性，因此，测试设备应保持长期稳定；（2）环境复杂。）环境复杂。地下工程环境恶劣，要求设备有防潮、防地下工程环

3、境恶劣，要求设备有防潮、防电磁干扰、煤矿还需防爆等性能；电磁干扰、煤矿还需防爆等性能；（3）监测信息的时空要求。）监测信息的时空要求。现代大型岩体工程监测的网现代大型岩体工程监测的网络化已日益显示其必要性与可能性，在监测的信息量和反馈络化已日益显示其必要性与可能性，在监测的信息量和反馈速度上的要求日渐提高；速度上的要求日渐提高；（4）空间制约）空间制约。地下空间有限，要求监测设备微型化并尽地下空间有限，要求监测设备微型化并尽可能地隐蔽，减少对施工的干扰，并避免施工对监测设备的可能地隐蔽，减少对施工的干扰，并避免施工对监测设备的损坏损坏 。u现场观测及监控工作主要包括的内容现场观测及监控工作主要

4、包括的内容 研制测试仪表及传感器，正确选择观测方案，科学分析研制测试仪表及传感器，正确选择观测方案，科学分析和使用观测数据。和使用观测数据。 u测试仪器及传感器是随科学技术的不断发展而逐测试仪器及传感器是随科学技术的不断发展而逐渐更新的；另一方面，正确选择观测方案十分重要渐更新的；另一方面，正确选择观测方案十分重要u凡能表征地压活动的物理量与自然现象均可作为凡能表征地压活动的物理量与自然现象均可作为监测的对象监测的对象u当前，计算机和电子技术、光纤传感、遥感等高当前，计算机和电子技术、光纤传感、遥感等高新技术也在岩体工程监测中得到日益广泛应用新技术也在岩体工程监测中得到日益广泛应用 u表面位移

5、观测表面位移观测1）裂缝观测）裂缝观测。2）巷道收敛观测。）巷道收敛观测。3）闭合测量闭合测量 。4）顶板状况统计观测）顶板状况统计观测 如煤矿测量顶板破碎度如煤矿测量顶板破碎度FA/FC木 尺 挡块标记线木方滑动槽u围岩内部位移测量围岩内部位移测量 1）钻孔多点位移计的测量原理钻孔多点位移计的测量原理 在钻孔岩壁的不同深度位置在钻孔岩壁的不同深度位置固定若干个测点，每个测点分别用连接件连接到孔口，这样在固定若干个测点，每个测点分别用连接件连接到孔口，这样在孔口就可以测量到连接件随测点移动所发生的移动量；在孔口孔口就可以测量到连接件随测点移动所发生的移动量；在孔口的岩壁上设立一个稳定的基准板，

6、用足够精度的测量仪器测量的岩壁上设立一个稳定的基准板，用足够精度的测量仪器测量基准板到连接件外端的距离，孔壁某点连接件的两次测量差值基准板到连接件外端的距离，孔壁某点连接件的两次测量差值就是该时间段内该测点到孔口的深度范围岩体的相对位移值。就是该时间段内该测点到孔口的深度范围岩体的相对位移值。 2）顶板离层仪、钻孔伸长计顶板离层仪、钻孔伸长计 u围岩内部位移测量围岩内部位移测量 3）围岩松动圈的声波测试围岩松动圈的声波测试 sin/sin=v1/ v2 ， 当当增大到某一临界角增大到某一临界角i时，时，达到达到900，sin=1，这时折射波，这时折射波2在岩体内沿孔壁周围滑行，形成滑行波在岩体

7、内沿孔壁周围滑行，形成滑行波3。 v1/ v2=sini 岩体种类岩体种类原岩体声速原岩体声速 m/s破碎岩体破碎岩体 m/s坚硬岩体坚硬岩体4 0005 0002 0003 000中硬岩体中硬岩体3 0004 0001 0002 000软岩体软岩体20003 0001 000u围岩内部位移测量围岩内部位移测量 4）钻孔电视测量钻孔电视测量5）覆岩）覆岩“三带三带”的钻孔深部基点观测的钻孔深部基点观测 u围岩内部位移测量围岩内部位移测量 6）钻孔电视测量钻孔电视测量5）覆岩）覆岩“三带三带”的钻孔深部基点观测的钻孔深部基点观测 u围岩内部位移测量围岩内部位移测量 6）钻孔倾斜仪钻孔倾斜仪 12

8、3435316136u锚杆测力计与拉拔试验锚杆测力计与拉拔试验 1）锚杆测力计锚杆测力计2）拉拔试验）拉拔试验 210-1-2-3-4-5 210-1-2-3-4-5u岩柱与支架压力监测岩柱与支架压力监测 1）测力计布置测力计布置2）测力计种类）测力计种类钢弦压力盒钢弦压力盒 、机械式支柱测力计、液压式矿压观测仪器机械式支柱测力计、液压式矿压观测仪器3）矿压遥测仪）矿压遥测仪 u岩体绝对应力的测量方法已经在第四章中讲过，通岩体绝对应力的测量方法已经在第四章中讲过，通过应力恢复法、应力解除法、应变恢复法、应变解除过应力恢复法、应力解除法、应变恢复法、应变解除法、水压致裂法、声发射法等能测到岩体的

9、绝对应力法、水压致裂法、声发射法等能测到岩体的绝对应力u绝对应力测量成本高绝对应力测量成本高u相对应力测量方法相对应力测量方法 借助光学方法，研究清楚透明材料的应力分布规律，然后借助光学方法，研究清楚透明材料的应力分布规律，然后把结论应用到某些不透明材料中去，如金属、岩石，评价不透把结论应用到某些不透明材料中去，如金属、岩石，评价不透明材料的应力分布状态，这种方法称为明材料的应力分布状态，这种方法称为光测弹性法光测弹性法 岩体开挖引起应力重新分布，将导致岩体内部出岩体开挖引起应力重新分布，将导致岩体内部出现局部应力集中，使岩体内部局部因应力超过强度而现局部应力集中，使岩体内部局部因应力超过强度

10、而出现微破裂、或原有裂隙的进一步扩展，同时，岩体出现微破裂、或原有裂隙的进一步扩展，同时，岩体内积累的变形能随破裂或裂纹扩展而释放，以应力波内积累的变形能随破裂或裂纹扩展而释放，以应力波的形式向外传播。这种向外传播的应力波被称作的形式向外传播。这种向外传播的应力波被称作岩体岩体声发射信号声发射信号，也称为，也称为岩音岩音或或地音地音。 利用专门仪器接收该声发射（利用专门仪器接收该声发射（AE）信号，并转）信号，并转换成事件、能率、频率等特征值或进行波形分析而评换成事件、能率、频率等特征值或进行波形分析而评价岩体稳定性的技术，叫价岩体稳定性的技术，叫岩体声发射技术岩体声发射技术。 8642050

11、 100 200 540 u特征特征初始区初始区()、剧烈区、剧烈区()、下降区下降区()和沉寂区和沉寂区() 岩石在低应力阶段几乎没有声发射活动，一般在达岩石在低应力阶段几乎没有声发射活动，一般在达到其强度的到其强度的6080%以上、临近破坏时，声发射活动以上、临近破坏时，声发射活动才显著增加，在破坏时达到峰值才显著增加，在破坏时达到峰值 U=exp-fd/(vQ) U为AE波形的振幅变化率，%；为AE频率，Hz；d为AE波形传播的距离，m；v为AE波传播的速度，m/s；Q为材料品质因子。 u现场监测及布孔方法现场监测及布孔方法 监测孔一般布置在完整岩体上，孔间距监测孔一般布置在完整岩体上，

12、孔间距1520m，钻孔倾角不超过，钻孔倾角不超过150，孔径，孔径3642mm，孔深，孔深1.82.0m。钻孔后一般用压风清洗钻孔碎削。为避免噪声干扰，。钻孔后一般用压风清洗钻孔碎削。为避免噪声干扰，一般在探头装入孔底后，用面纱堵塞孔口一般在探头装入孔底后，用面纱堵塞孔口 。 便携式仪器采用随机抽样监测方式，一般便携式仪器采用随机抽样监测方式，一般每天监测每天监测1次，每孔监测次，每孔监测5-10分钟；活动度很低，分钟；活动度很低，每每2-3天监测天监测1次；声发射值较大时，每班监测次；声发射值较大时，每班监测1次。次。顶板顶板类型类型声发射参数临界值声发射参数临界值岩性特征岩性特征说明说明大

13、事件大事件总事件总事件能率能率1- 大理岩及新鲜斑岩，裂隙大理岩及新鲜斑岩，裂隙较少，强度高较少，强度高 每每23天监测天监测一次一次2411750 大块状矽卡岩及其含矿体，大块状矽卡岩及其含矿体，风化蚀变不严重，强度风化蚀变不严重，强度较高，整体性好较高，整体性好 每每12天监测天监测一次，变化较一次，变化较大时加密。大时加密。3416350 小块状矽卡岩及其含矿体，小块状矽卡岩及其含矿体，风化蚀变严重，强度中风化蚀变严重，强度中等，滴水严重，整体性等，滴水严重，整体性差差 每天监测一次每天监测一次4129150 小块状斑岩及其含矿，风小块状斑岩及其含矿，风化蚀变严重，强度中等，化蚀变严重，

14、强度中等，滴水严重，整体性差滴水严重，整体性差 每天监测一次每天监测一次5 数值很小或无，微岩数值很小或无，微岩音一般均音一般均10多次，有多次，有连音，高达连音，高达3次次/分。分。 强风化大理岩、斑岩，强强风化大理岩、斑岩，强度低，成碎块状或松散度低，成碎块状或松散状，受地下水的作用发状，受地下水的作用发生软化。生软化。 每每8小时或每小时或每天监测一次天监测一次鸡笼山金矿岩体冒落预报的鸡笼山金矿岩体冒落预报的AE临界值临界值 u光纤对光信号作低衰减传输主要是利用光的全反射光纤对光信号作低衰减传输主要是利用光的全反射原理原理。因为。因为n1sin1= n2sin2 ，若传输入射光介质的，若传输入射光介质的折射率折射率n1大于第二种介质（包层）的折射率大于第二种介质（包层）的折射率n2，则当，则当入射角满足一定条件时，入射角满足一定条件时，2达到达到900 ，光在界面，光在界面L将将发生全反射而不会透射到第二种介质。发生全反射而不会透射到第二种介质。若将两种介质制作成如下图所示的同心环状的光纤结若将两种介质制作成如下图所示的同心环状的光纤结构，则光线折线式向前传递时，这种全反射的条件得构，则光线折线式向前传递时，这种全反射的条件得以保证。以保证。u应用应用 光纤钢环式位移计、光纤钢环式位移计、 光纤钢弦传感器光纤钢弦传感器 、 分布式光纤传感技术分布式光纤传感技术