[发明专利]一种围岩分级方法及系统

说明书

本发明公开了一种围岩分级方法及系统，方法包括如下步骤：S10：待测样品的加工，S20：超声透射波波形的获取；S30：超声波波速的计算；S40弹性模量的计算；S50：品质因子的计算；S60：波速各向异性参数的计算；S70品质因子方位各向异性的计算；S80：基于指标法的围岩分级；本发明在基于BQ系数的围岩分级技术的基础上，将岩石物理实验测试技术、各向异性技术和指标分析方法相结合，提出基于岩石物理分析的围岩分级方法，为公路隧道施工提供高精度的围岩等级分级方案；本发明的测试方法真实、可靠，分析方法科学、全面，满足公路隧道围岩分级的安全生产要求。

技术领域

本发明涉及一种围岩分级技术领域，尤其涉及一种基于岩石物理分析的围岩分级方法及系统。

背景技术

对于公路隧道施工来说，所施工区域的工程地质条件会直接影响到施工难度和成本预算。为了对工程地质条件进行评价，现有一套基于BQ系数的围岩分级方案，将围岩以完整度和坚硬度为基准，设置了从最高完整度和坚硬度的Ⅰ级到最低完整度和坚硬度的Ⅵ级共六个围岩等级。通过基于BQ系数的围岩分级方法，结合钻取施工区域岩芯的方式，可以对区域内离散分布的钻孔进行围岩等级分析，无法做到对施工区域围岩分布的连续测量，有可能对未钻孔区域的围岩等级进行错误的划分。

对于此问题的解决，可结合地球物理学中的地震勘探技术实施对施工区域的连续探测。但目前国家标准中所采用的BQ系数分级方法并未能直接用上地震勘探技术所涉及的诸多岩石物理参数，且目前尚不明确岩石物理参数与BQ系数之间的对应关系。因此，地震勘探技术的连续探测优势难以在围岩分级方面发挥安全、有效的作用。

另一方面，岩石物理参数的获取方法已经相对成熟，主成分分析方法也有助于从诸多岩石物理参数中选择出与围岩分级关系最密切的主成分，聚类分析方法在此基础上还能将参数主成分的取值区段进行划分。可以通过上述方法完成对岩石物理参数与BQ分级系数的匹配。掌握了用岩石物理参数划分围岩等级的方法后，即可以通过地震勘探技术完成对公路隧道施工区域围岩的连续探测与分级，减少发生错误估计施工难度和成本的情况。

发明内容

本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种围岩分级方法，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。

本发明的一个目的在于提出一种围岩分级方法，包括如下步骤：

S10：获取围岩的原始样品，分别制作圆柱体和六棱柱体两种结构的样品；其中，在所述圆柱体的其中一个底面圆上以其圆心为中心，选择一个固定的角度为步长在该底面圆上标注刻度；所述六棱柱通过正方体以45度倾角方向为法线的面切除一对对称的棱而获得，且所述六棱柱在倾角0度、倾角45度和倾角90度方向上相对应的面的距离相等；

S20：获取所述圆柱体、所述六棱柱体的超声透射波波形；其中，所述圆柱体从每个所述标注刻度所处的外轮廓上并沿着圆柱体的直径方向获取，所述六棱柱体从0度、45度和90度三组对称面中每组对称面的法线方向获取；

S30：获取所述圆柱体和所述六棱柱体的超声波波速；其中，所述超声波波波速包括纵波速度v_p和横波速速v_s；

S40：根据纵波速度v_p、横波速速v_s、纵横波速比η以及每个样品的密度ρ分别计算获得样品在超声波传播方向上的体变模量K、切变模量μ、杨氏模量E和泊松比σ；

S50：根据谱比法将围岩样品的超声波波形频谱与替代样品的超声波波形频谱提取出来，并获得围岩样品的品质因子：其中，所述替代样品的几何参数与围岩样品一致，其品质因子已知且可被视为+∞；