[发明专利]一种现场原位岩体各向异性波速场测量方法

摘要

本发明公布了一种原位岩体各向异性波速场的测量方法，包括以下步骤：现在工程岩体的临空壁面钻孔，包括三个信号接收孔和一个信号发射孔，在三个信号接收孔内放入弹性波接收探头，在信号发射孔内放入弹性波发射探头，获得三个弹性波接收探头的坐标，移动弹性波发射探头的位置，弹性波发射探头在不同位置时，发射弹性波，弹性波接收探头接收弹性波，根据探头的坐标和发射弹性波与接收弹性波间的时间差，建立模型，获得弹性波发射探头在不同位置与弹性波接收探头围成的区域内的岩体各向异性波速场。本发明克服现有岩体弹性波波速测量方法只能测量沿钻孔轴线方向的波速的不足，实现对工程岩体波速的三维测量，建立工程岩体的各向异性波速场。

主权项

1.一种原位岩体各向异性波速场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：A.在待测量的工程岩体的临空壁面上钻取三个信号采集孔，三个信号采集孔垂直于临空壁面或者在岩体内部发散倾向分布，在三个信号采集孔之间围合成的三棱柱空间中再钻取信号发射孔，信号发射孔分布在三棱柱空间内部与信号采集孔隔离；B.以垂直于临空壁面的轴线为z轴，临空壁面为x‑y平面建立坐标系，测量所述信号发射孔、信号采集孔与x、y、z轴的倾斜角余弦值；在各信号采集孔内分别布置弹性波接收探头，并记录所述弹性波接收探头的布置深度，三个弹性波接收探头在三棱柱空间内构成信号接收平面；在信号发射孔内布置弹性波发射探头，并记录所述弹性波发射探头的布置深度L₄，使信号接收平面处于弹性波发射探头和工程岩体临空壁面之间；C.将三个弹性波接收探头的数据线接入弹性波接收系统，弹性波发射探头的数据线接入弹性波发射系统，两个系统同步时钟；使弹性波发射探头发射弹性波，三个弹性波接收探头接收弹性波，通过弹性波接收系统分别自动记录三个弹性波接收探头接收到的弹性波首次到达时刻分别为t₁,t₂,t₃，弹性波发射系统记录弹性波发射探头发射弹性波的时刻t_a；D.再改变所述弹性波发射探头的布置深度为L₅，使弹性波发射探头处于信号接收平面和工程岩体临空壁面之间；E.弹性波发射探头发射弹性波，通过弹性波接收系统分别自动记录三个弹性波接收探头接收到的弹性波首次到达时刻分别为t₄,t₅,t₆，弹性波发射系统记录弹性波发射探头发射弹性波的时刻为t_b；F.在执行步骤B及步骤D后依据信号发射孔、信号采集孔与x、y、z轴的倾斜角及所述弹性波接收探头、弹性波发射探头的布置深度，计算所述弹性波接收探头的坐标，输出弹性波接收探头和弹性波发射探头的坐标X₁,X₂,X₃,X₄,X₅至坐标txt文本文件，其中X₁,X₂,X₃为弹性波接收探头的坐标，X₄为弹性波发射探头在深度为L₄时的坐标，X₅弹性波发射探头深度为L₅时的坐标；G.计算测量出的波速和波速传播方向的方向余弦当弹性波发射探头处于坐标X₄位置时，输入t_a,t₁,t₂,t₃，及坐标txt文本文件，计算弹性波发射探头与三个弹性波接收探头之间的波速v₁,v₂,v₃,根据弹性波发射探头与三个弹性波接收探头的距离d计算v₁,v₂,v₃传播方向的方向余弦n₁,n₂,n₃；当弹性波发射探头处于坐标X₅位置时，输入t_b,t₁,t₂,t₃，及坐标txt文本文件，计算弹性波发射探头与三个弹性波接收探头之间的波速v₄,v₅,v₆,根据弹性波发射探头与三个弹性波接收探头的距离d计算v₄,v₅,v₆传播方向的方向余弦n₄,n₅,n₆；按以下计算公式进行程序计算其中x_i,y_i,z_i为第i个弹性波接收探头的坐标，x₄,y₄,z₄为弹性波发射探头在深度为L₄时的坐标，将计算结果v₁,v₂,v₃，v₄,v₅,v₆和n₁,n₂,n₃，n₄,n₅,n₆输出至方向余弦txt文件；H.计算岩体弹性波波速场，岩体弹性波波速场为张量[V]，建立岩体弹性波波速场模型：v＝n*[V]*n^T式中：n为波速传播方向的方向余弦，所述岩石具有各项异性的特征，a₁₂＝a₂₁,a₁₃＝a₃₁,a₂₃＝a₃₂，在岩体弹性波波速场模型中输入方向余弦txt文件得到a₁₁l₁²+a₂₂m₁²+a₃₃k₁²+2a₂₁l₁m₁+2a₃₁l₁k₁+2a₃₂m₁k₁＝v₁a₁₁l₂²+a₂₂m₂²+a₃₃k₂²+2a₂₁l₂m₂+2a₃₁l₂k₂+2a₃₂m₂k₂＝v₂a₁₁l₃²+a₂₂m₃²+a₃₃k₃²+2a₂₁l₃m₃+2a₃₁l₃k₃+2a₃₂m₃k₃＝v₃a₁₁l₄²+a₂₂m₄²+a₃₃k₄²+2a₂₁l₄m₄+2a₃₁l₄k₄+2a₃₂m₄k₄＝v₄a₁₁l₅²+a₂₂m₅²+a₃₃k₅²+2a₂₁l₅m₅+2a₃₁l₅k₅+2a₃₂m₅k₅＝v₅a₁₁l₆²+a₂₂m₆²+a₃₃k₆²+2a₂₁l₆m₆+2a₃₁l₆k₆+2a₃₂m₆k₆＝v₆求解出a₁₁,a₂₂,a₃₃,a₂₁,a₃₁,a₃₂，得到[V]。