鉆孔全孔壁光學成像在巖體分類中的應用★

郭 良 春

(黃河勘測規(guī)劃設計有限公司，河南 鄭州 450003)

0 引言

在巖土工程勘察中，對巖體的分類是必不可少的一項工作，規(guī)范[1]中對巖體分類是用巖體的完整性系數(shù)來劃分，該方法需要鉆孔波速測試實測巖體壓縮波(縱波)波速和現(xiàn)場巖塊波速測試確定新鮮完整巖塊的縱波速度，所測試的結果誤差較大，需要通過更為直觀的方法來加以佐證，因此工程中常借助現(xiàn)場測試的鉆孔采用全孔壁光學成像法來進一步判斷。

1 工程簡介

擬建水庫位于山西省晉中市榆次區(qū)長凝鎮(zhèn)，西北距離晉中市榆次區(qū)約20 km，處于省道S318樁號138 km附近，交通條件便利。該水庫位于涂河上，屬于黃河流域汾河水系瀟河支流。上壩址最大壩高35 m，總庫容約500萬m3，屬于Ⅰ型水庫，主要建筑物為擋水土壩、溢洪道、泄洪輸水洞。下壩址最大壩高40 m，總庫容950萬m3。上壩址區(qū)出露的地層主要有中生界三疊系二馬營組(T2e1)和第四系松散堆積層。選用鉆孔波速測試，獲取巖體縱波速度，對巖體進行完整性分類；選用鉆孔全孔壁光學成像，查明巖體結構面特征和可能存在的軟弱夾層。

2 光學成像基本原理

HX-JD-03型智能鉆孔電視成像儀主要由控制系統(tǒng)、卷揚系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。下井探頭裝配有成像設備和電子羅盤，攝像頭通過360°廣角鏡頭攝取孔壁四周圖像，利用控制系統(tǒng)控制圖像采集和圖像處理系統(tǒng)，同時控制電機的提升和下降，自動采集圖像，并進行展開、拼接處理，形成鉆孔全孔壁柱狀剖面連線圖像實時顯示，連續(xù)采集記錄全孔壁圖像(見圖1)。電子羅盤實時采集方位角，上傳給計算機實時顯示，孔壁圖像從羅盤指示的整備方向展開，視頻與幀之間無縫拼接，無百葉窗等現(xiàn)象。

鉆孔全孔壁光學成像系統(tǒng)以視覺獲取地下信息，具有直觀性、真實性等優(yōu)點，已廣泛應用于地質勘探和工程檢測中，用它可以準確地劃分巖性，檢測斷層、裂隙以及破碎帶等地質情況。

3 鉆孔波速測試

3.1 測試方法

RS-ST01C聲波測試儀在信噪比較高時自動完成讀數(shù)，即接收換能器1和2的讀數(shù)T1，T2，計算它們兩個的時差Δt，然后利用它們之間的距離(是一個固定值)與時差Δt之比，就得到波速Vp；在信噪比較低時，采用人工判讀T1及T2，然后計算出時差Δt和波速Vp。

3.2 測試結果

根據(jù)巖體完整性系數(shù)公式計算每段巖體的完整性系數(shù)。并按表1劃分巖體的完整性。根據(jù)現(xiàn)場巖塊波速測試確定新鮮完整巖塊的縱波速度。

Kv=(Vp/Vpr)2。

其中，Vp為實測縱波速度；Vpr為工區(qū)新鮮完整巖塊縱波速度。工區(qū)主要巖層新鮮完整巖塊的聲波波速值分別為：砂巖與泥質砂巖5 200 m/s，泥巖4 000 m/s。

表1 巖體完整性評價分類表

壩址區(qū)鉆孔波速測試共完成4個鉆孔，孔號分別為ZK01，ZK04，ZK06和XZK01，總深度235 m。由于篇幅所限文中僅列出ZK01的成果(見表2)。

該壩址區(qū)巖體主要為砂巖、泥巖和泥質砂巖，從測試結果可以看出，泥巖波速在1 650 m/s～4 000 m/s，砂巖波速在1 700 m/s～5 200 m/s。完整性較好，大部分為完整及較完整巖體。ZK04孔完整性較差。

4 鉆孔全孔壁光學成像

表2 ZK01波速測試成果表

將智能鉆孔電視成像儀采集的原始數(shù)據(jù)導入井下成像分析系統(tǒng)處理，形成全孔壁圖像。根據(jù)全孔壁圖像特征，分別進行巖性劃分，并對裂隙所在位置、規(guī)模、傾向和傾角進行描述，最終輸出成果圖件，由于篇幅所限本文只列出ZK06的結果(見圖2，表3)。

表3 ZK06鉆孔光學成像解釋

孔深/m異常描述孔深/m異常描述4．000～6．000強風化，巖體破碎41．691～41．732傾角28．6°傾向271．9°7．032～7．698傾角84．1°傾向57．9°42．653～45．083破碎8．239～8．332傾角32．2°傾向156．1°46．115～48．000裂隙較發(fā)育，巖體較破碎8．765～9．109傾角82．4°傾向322．2°48．311～48．478傾角66．8°傾向52．9°9．524～9．864傾角78．3°傾向124．6°48．541～48．848傾角76．4°傾向102．0°10．049～10．166傾角57．2°傾向187．1°50．000～56．288破碎10．310～12．402直立裂隙56．818～57．470破碎13．417～14．260破碎58．671～59．092裂隙發(fā)育，傾角80．0°傾向112．0°14．853～15．318傾角80．9°傾向113．3°59．265～59．985傾角84．0°傾向45．3°破碎15．980～16．562傾角82．3°傾向123．4°60．030～60．663傾角83．2°傾向60．4°16．771～20．853直立裂隙，破碎60．680～61．132傾角80．5°傾向284．5°20．493～20．861傾角78．3°傾向94．4°63．137～63．708較破碎22．742～24．000直立裂隙66．524～67．231傾角83．9°傾向355．0°24．464～26．000直立裂隙70．991～71．302傾角76．5°傾向115．0°27．067～27．629破碎74．786～74．835傾角33．9°傾向354．1°28．549～28．592傾角29．7°傾向155．2°74．868～74．887緩傾角裂隙29．288～29．574破碎75．788～75．831傾角30．1°傾向330．6°30．000～30．258較破碎75．903～76．000破碎30．304～30．383傾角60．0°傾向261．8°77．048～77．380傾角79．5°傾向304．6°30．357～31．534直立裂隙79．384～79．960傾角82．5°傾向60．4°32．052～32．929傾角85．1°傾向344．9°80．106～80．732傾角83．1°傾向78．0°33．085～33．207破碎80．865～81．030傾角65．8°傾向55．4°36．259～36．333傾角44．3°傾向328．1°81．171～82．307陡傾角裂隙發(fā)育，巖體破碎38．309～38．344傾角25．7°傾向153．6°82．867～83．108傾角72．6°傾向122．5°38．802～38．903傾角53．1°傾向213．1°84．099～84．172傾角44．4°傾向338．6°40．448～40．865傾角80．4°傾向123．4°84．966～86．000直立裂隙41．497～41．550傾角35．5°傾向271．9°86．027～86．368破碎

5 結語

本工程采用鉆孔全孔壁光學成像技術為壩址巖體分類提供了更為直觀，準確的依據(jù)，揭露了巖體裂隙發(fā)育特征、破碎帶的位置以及結構面特征等信息，是對鉆孔波速測試法分類的補充，具有很好的實用價值和推廣意義。

[1] GB 50021—2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2] 楊紅云,高拴會,涂善波,等.鉆孔全孔壁光學成像在工程泥化夾層探測中的應用[J].河南水利與南水北調,2012(6):1-3.

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