Page 81 - 无损检测2022年第四期

王方立,等:
富水岩溶区隧道循环爆破所致围岩累积损伤的超声检测
成正相关, 从而可以定义损伤变量 D 与波速之间的
关系为
(/
D = 1- cc' )
2
当 D=0 时, 表明岩体无损伤; 当 0<D<1 时,
说明岩石受外部荷载扰动而产生了损伤。岩石因爆
破荷载扰动产生的损伤会表现为声速下降。当岩石
声波波速变化达到临界值时, 则可以认为岩石处于
破裂状态。对应的损伤变量临界值可表示为
( /
D f = 1- c f c' )
2
为损伤临界值对应的
式中: D f 为损伤度临界值; c f
声波波速。
根据标准 DL / T5389 — 2007 《 水工建筑物岩石
基础开挖工程施工技术规范》, 当爆破前后岩石声波
波速下降率达到 15% 时, 可以判断岩石受爆破荷载
扰动而产生了破裂。此时, 根据上述公式, 破裂区岩
石的损伤变量和声波波速满足以下关系
D ≥ D f = 0.28
c ≤c f = 0.85c'
式( 5 ) ~ ( 6 ) 可作为工程应用中通过声波试验来
判断岩石受到荷载扰动程度的依据。
此外, 声波能量在介质中呈球面波的形式不断
扩散, 随岩体介质的不断劣化以及传播距离的增加,
声波能量密度也会逐渐降低, 表现为声波幅度的衰
减, 因此声波最大振幅的变化也可作为判断岩体损
伤情况的依据。
2 试验方案
试验现场位于贵州省玉石高速某隧道, 该隧道
所处山脉受大尧寨向斜构造 影响, 呈南北向展布。
隧道洞口为碎屑岩构造剥蚀低山地貌区, 隧道中部
为碳酸盐岩构造溶蚀中山地貌区, 剖面上沿隧道走
向呈现两山夹一槽的地形。两侧山脊中间为一呈串
珠状展布的由岩溶洼地组成的岩溶槽谷, 隧道从西
向东几乎横穿该地貌区的山脊和山谷。隧道地理位
置及其灾害情况如图 3 所示。
隧址区碳酸盐岩发育, 在特殊的地形和地质构
造的作用下, 岩溶作用强烈, 地下水丰富。岩层中的
节理裂隙发育, 岩层完整性较差, 给隧道施工带来了
较大安全隐患。在隧道入口 YK21+125 处, 施工期
间出现了涌水点, 其流量和水质随天气情况变化; 在
ZK21+220 处发生有突泥灾害, 伴随砂砾、 卵石、 黏
土和小股流水, 并揭露出大型溶洞。
该试验通过测试隧道掌子面爆破开挖作用下的
( 3 )
( 4 )
图 3 隧道地理位置及其灾害情况
( 5 )
( 6 ) 围岩声波曲线变化, 反映爆破对围岩的累积损伤作
用。测区围岩以灰岩为主, 围岩等级为 Ⅳ 级。隧道
掌子面单次开挖2.5m , 单次爆破总药量为204k g 。
测试孔布置在距离隧道掌子面 8m 的边墙上, 共钻
设 2 个 平 行 的 声 波 测 试 孔 A 和 B , 其 孔 径 为
50mm , 孔深为 2 m , 孔距为 1 m , 孔口连线平行于
下台阶顶面且垂直于掌子面, 孔身向下倾斜 5° 。在
测孔后方 的 边 墙 上 布 置 了 两 个 振 动 传 感 器, 相 距
10m , 振动传感器与爆破测振仪连接以测量掌子面
爆破开挖时围岩处产生的振动信息, 测孔位置如图
4 所示, 测孔和测振现场如图 5 所示。
现场围岩爆破累积损伤的超声检测步骤如下。
( 1 )初次检测前, 在边墙上标记声波测试孔位
置, 然后打孔。
( 2 )测孔成型后, 进行超声检测, 将该测试值作
为爆破前围岩的初始值。
( 3 )每次测试前, 先将发射换能器和接收换能
器分别插到测孔 A 、 B 的孔底, 然后持续向测孔注水
作为耦合剂, 调整仪器参数。
( 4 )检测时, 将两个声波换能器平行地从孔底
逐渐向孔口移动。通过计数滑轮测量移动距离, 每
移动 0.1m , 超声检测仪会记录一个波形数据, 换能
器移动到孔口时停止测试, 保存数据。重复该过程
3 次, 提取相应的声速和振幅, 取其平均值作为检测
的最终值。
( 5 )最后, 保存每次掌子面爆破后测振仪采集
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2022 年 第 44 卷 第 4 期
无损检测