CN112525079A - 一种测量岩石裂隙张开度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量岩石裂隙张开度的方法，以实验室某岩石的裂隙张开为例，包括裂隙岩石试样，所述裂隙岩石试样中部包含裂隙，裂隙上部设置一个激光感应点，所述裂隙岩石试样底部设置传感光纤，传感光纤上设置相应的测点。在计算裂隙某点张开度时，要通过所记录的激光感应点的位移量，以及所设置的传感光纤测点变形量综合考虑计算。本发明能够实现传统方法未能达到的微米级别的张开度测量，极大地提高了测量精度，为进一步指导实际工程做出了贡献，避免了传统方法操作过程中具有一定的主观性，以及实验室中的传统方法没有考虑裂隙岩石试样的微小起伏，存在较大误差，且计算结果精度较低等问题。
Description
技术领域
本发明属于岩石力学技术领域，具体涉及一种测量岩石裂隙张开度的方法。
背景技术
工程岩体大都经受了多次地质构造运动的扰动,其中含有多种不同级别的裂隙及软弱面。含有裂隙的岩体和完整岩体有截然不同的性质，特别是裂隙在复杂地应力状态、高应力地下涌水等状态下，会持续张开扩展,从而导致岩体的力学性质区别更大。
如果岩石裂隙张开度的测量出现较大误差，则会使得后续对于岩体的具体力学性质等研究出现偏差，最终造成研究在实际工程中的错误应用，轻则过度耗费支护岩体所需材料等成本，严重时甚至会导致巨大的工程事故，产生巨大的经济损失。而如何提高张开度测量的精度，成为了一个亟待解决且较长一段时间以来未能解决的问题。
因此,岩体裂隙张开度作为反映裂隙岩体内在结构的重要参数，提高其精度降低其误差对于工程中的岩体稳定性研究，具有极其重要的作用。在现阶段的实验室研究中，裂隙张开度的测量已从早期的卷尺手工直接测量转变为了目前大都使用的位移传感器测量。
发明人认为，现有利用位移传感器测量岩石裂隙张开度的方法具有下述缺点：
(1)仍然具有一定的主观性，存在较大的随机误差与***误差。(如实验室中，位移传感器设置在固定的点，在裂隙岩石受复杂应力时，该点可能出现不易发现的移动、错位等问题，而这个问题因思维定式一般认为该设置点即为原先的设置点，因此是容易被忽略的，影响后续测量精度)；
(2)实验室中的传统方法没有考虑裂隙岩石试样的微小起伏问题，裂隙张开过程中岩石的受力复杂，裂隙岩石试样底部会产生微小起伏，肉眼极易忽略，这对于张开度的测量具有一定的误差影响；
(3)现有技术方法中，对于岩石裂隙张开度的测量，一直没有较高精度的方法(如微米级测量)。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种测量岩石裂隙张开度的方法，实现更为精确的岩石裂隙张开度测量，避免了一定的主观性造成的较大随机误差与***误差，并考虑了实验室传统方法中的裂隙岩石试样的微小起伏问题，得到的微米级张开度测量数据，极大地提高了岩石裂隙张开度测量的精准度。
本发明的第二目的是提供一种测量岩石裂隙张开度的方法，基于上述测量岩石裂隙张开度的方法，指导岩石裂隙张开度的测量，以更好地研究裂隙岩体稳定性，进一步为实际工程做出贡献，节省因张开度测量误差导致的岩体稳定性研究不准确而进行的不必要的过度支护等成本。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：以实验室某岩石的裂隙张开为例，包括裂隙岩石试样，所述裂隙岩石试样中部包含裂隙，裂隙上部设置一个激光感应点，所述裂隙岩石试样底部设置传感光纤，传感光纤上设置相应的测点。在计算裂隙某点张开度时，要通过所记录的激光感应点的位移量，以及所设置的传感光纤测点变形量综合考虑计算。
一种测量岩石裂隙张开度的方法，包括以下步骤，
步骤1，采用激光传感技术，在岩石裂隙中点上方设置一激光感应点，通过激光仪照射该感应点，在裂隙张开过程中，记录裂隙张开过程中激光感应点的位移量，将激光感应点的位移量记为a，作为张开度的计算依据之一；
步骤2，采用了光纤传感技术，将传感光纤设置在裂隙岩石试样底部，在与裂隙中点垂线相交点A处设置测点，监测传感光纤的A点变形量，也即为裂隙中点垂线方向的裂隙岩石试样底部起伏量，将该起伏量记为b；
步骤3，通过分析裂隙岩石的受力状态，判断其在试验过程中的起伏方向(本实施例中不作赘述)，记张开度为c，则有c＝a+c(起伏方向向下)或c＝a+(-c)(起伏方向向上)。
所述步骤1中，利用激光传感技术，使用激光仪照射感应点，使激光会随激光感应点的移动而移动，因此激光移动的距离即可视为激光感应点移动的距离，从而记录激光移动的位移量。
所述步骤2中，对于传感光纤来说，由于传感光纤对于变形的记录相当灵敏，其会随裂隙岩石试样底部起伏而记录变形，从而记录的裂隙岩石试样底部某点的变形量即为裂隙岩石试样底部某点的起伏量，也即为裂隙岩石某点垂线方向的整体起伏量。
所述步骤3中，在计算裂隙某点张开度时，要通过所记录的激光感应点的位移量，以及所设置的传感光纤测点变形量综合考虑计算。在本实施例中将岩石受力过程中向上起伏记为负，向下起伏记为正。也即为当岩石受力过程中向上起伏时监测到的传感光纤A点变形量记为-b，当岩石受力过程中向下起伏时监测到的传感光纤A点变形量记为+b。
本发明的有益效果：
(1)采用激光传感技术，利用激光传感原理，将激光感应点设置于裂隙上方，使用激光仪照射感应点，由于所照射的激光会随激光感应点的移动而移动，因此激光移动的距离即可视为激光感应点移动的距离。将获得的该高精度的移动距离数据作为计算依据之一，避免了一定的主观性造成的较大随机误差与***误差，并且极大地提高了岩石裂隙张开度测量的精准度；
(2)采用了光纤传感技术，将传感光纤置于试样底部，记录了所需测点的裂隙岩石试样的微小起伏量，获得的高精度的起伏量数据用于计算张开度，避免了因未考虑实验室传统方法中的裂隙岩石试样的起伏问题造成的误差，极大地提高了岩石裂隙张开度测量的精准度；
(3)以激光感应点移动位移量与裂隙岩石试样的微小起伏量的加和作为岩石裂隙某点的张开度，由于激光可以记录微米级的位移量，以及传感光纤可以测量微米级的变形量，因此该计算方法可以得到微米级的张开度数据，其精度较传统方法有了较大提高；
(4)在实际工程中，如果张开度测量数据均可达到微米级，作为研究岩体内部结构的重要参数，其精度的极大提高对于其岩体稳定性的研究有着重要帮助，因此可以节省因张开度测量误差导致的岩体稳定性研究不准确而进行的不必要的过度支护等成本，甚至一定程度上可以避免一定的工程事故，这对于实际工程的意义巨大。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例的实施流程示意图。
图2为本发明实施例中局部裂隙岩石试样的测点布置示意图。
图3为本发明实施例中局部裂隙岩石试样的张开裂隙示意图。
图中：1、裂隙岩石试样；2、裂隙；3、上感应点；4、向上张开的裂隙；5、传感光纤。
其中设置于1裂隙岩石试样底部的5传感光纤极其微小，因此为了表明其位置在示意图中加粗表示，但并不代表实际尺寸比例。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
由于岩石受力复杂，岩石裂隙张开的形式多种多样，此处仅以实验室中某岩石向上张开的裂隙为例说明本发明的计算方法。
本发明的一种典型实施方式中，如图2所示，一种测量岩石裂隙张开度的方法，包括裂隙岩石试样，所述裂隙岩石试样中部包含裂隙，裂隙上部设置一个激光感应点，所述裂隙岩石试样底部设置传感光纤，传感光纤上设置测点A。
所述裂隙在本实施例中为向上张开裂隙(如图3所示)，裂隙上部设置一个激光感应点，以保证激光可以时刻跟随感应点的移动而移动，并记录裂隙张开过程中激光感应点的位移量a。
所述裂隙岩石试样底部设置传感光纤以监测变形量，在与裂隙中点垂线相交点A处设置测点，以监测的传感光纤A点变形量，也即为裂隙中点垂线方向的裂隙岩石试样底部起伏量。
所述传感光纤中，将监测到的传感光纤A点变形量记为b，由于在裂隙张开过程中，岩石受力复杂，且试验中的岩石底部起伏是及其微小，肉眼极易忽略，因此根据该起伏量的方向对于张开度计算的影响，在本实施例中将岩石受力过程中向上起伏记为负，向下起伏记为正。也即为当岩石受力过程中向上起伏时监测到的传感光纤A点变形量记为-b，当岩石受力过程中向下起伏时监测到的传感光纤A点变形量记为+b。
所述裂隙张开度，需通过分析裂隙岩石的受力状态，判断其在试验过程中的起伏方向(本实施例中不作赘述)，记BC两点间的距离为c，即张开度为c，则有c＝a+b(起伏方向向下)或c＝a+(-b)(起伏方向向上)。
一种测量岩石裂隙张开度的方法，包括以下步骤，
步骤1，采用激光传感技术，在岩石裂隙中点上方设置一激光感应点，在裂隙张开过程中，记录裂隙张开过程中激光感应点的位移量，将激光感应点的位移量记为a，作为张开度的计算依据之一；
步骤2，采用了光纤传感技术，将传感光纤设置在裂隙岩石试样底部，在与裂隙中点垂线相交点A处设置测点，监测传感光纤的A点变形量，也即为裂隙中点垂线方向的裂隙岩石试样底部起伏量，将该起伏量记为b；
步骤3，通过分析裂隙岩石的受力状态，判断其在试验过程中的起伏方向(本实施例中不作赘述)，记BC两点间的距离为b，即张开度为c，则有c＝a+b(起伏方向向下)或c＝a+(-b)(起伏方向向上)。
所述步骤1中，利用激光传感技术，使用激光照射感应点，使激光会随激光感应点的移动而移动，因此激光移动的距离即可视为激光感应点移动的距离，从而记录激光感应点移动的位移量。
所述步骤2中，对于传感光纤来说，由于传感光纤对于变形的记录相当灵敏，其会随裂隙岩石试样底部起伏而记录变形，从而记录的裂隙岩石试样底部某点的变形量即为裂隙岩石试样底部某点的起伏量，也即为裂隙岩石某点垂线方向的整体起伏量。
所述步骤3中，在计算裂隙某点张开度时，要通过所记录的激光感应点的位移量，以及所设置的传感光纤测点变形量综合考虑计算。在本实施例中将岩石受力过程中向上起伏记为负，向下起伏记为正。也即为当岩石受力过程中向上起伏时监测到的传感光纤A点变形量记为-b，当岩石受力过程中向下起伏时监测到的传感光纤A点变形量记为+b。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (2)
1.一种测量岩石裂隙张开度的方法，其特征在于，以实验室某岩石的裂隙张开为例，包括裂隙岩石试样，所述裂隙岩石试样中部包含裂隙，裂隙上部设置一个激光感应点，所述裂隙岩石试样底部设置传感光纤，传感光纤上设置相应的测点;在计算裂隙某点张开度时，要通过所记录的激光感应点的位移量，以及所设置的传感光纤测点变形量综合考虑计算。
2.根据权利要求1所述的可调节预制节理试样的制作工具，其特征在于，以实验室某岩石的裂隙张开为例，包括以下步骤：
步骤1，采用激光传感技术，在岩石裂隙中点上方设置一激光感应点，在裂隙张开过程中，记录裂隙张开过程中激光感应点的位移量，将激光感应点的位移量记为a，作为张开度的计算依据之一；
步骤2，采用了光纤传感技术，将传感光纤设置在裂隙岩石试样底部，在与裂隙中点垂线相交点A处设置测点，监测传感光纤的A点变形量，也即为裂隙中点垂线方向的裂隙岩石试样底部起伏量，将该起伏量记为b；
步骤3，通过分析裂隙岩石的受力状态，判断其在试验过程中的起伏方向（本实施例中不作赘述），记BC两点间的距离为b，即张开度为c，则有c=a+b（起伏方向向下）或c=a+(-b)（起伏方向向上）。
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