声波测井在公路隧道勘查中的应用.doc

东华理工大学毕业论文 摘要 声波测井在公路隧道勘查中的应用 摘 要 本文主要对广东省合水至船塘高速公路隧道勘查中的 14 口井弹性波测井中采集 到的数据进行处理 根据设计要求 对隧道进出洞口及洞身的勘探孔进行声波测试 包括 PS 测井和声波速度测井 依据实测岩体和岩石弹性波速 对小金口等几个 隧道的弹性波测井资料进行了分析研究 结果表明 隧道口 0 到 2 米处为全风化层 横波速度约为 0 5 km s 纵波速度约为 1 0 km s 而岩芯样品声波测试波速约为 1 5 km s 4 米以下波速明显增大 反映为强风化特征 16 米以下横波和纵波更 大 定位弱风化层 根据 PS 测井资料计算了岩土弹性力学参数 包括动弹性模量 动剪切模量 静弹性模量等 并依据相应规范对隧道围岩类别进行了划分 结果表 明 小金口等隧道围岩较完整 此成果可为合水至船塘高速公路隧道施工设计提供 依据 关键词 PS 测井 声波速度测井 围岩类别 东华理工大学毕业论文 Abstract ABSTRACT This article is mainly about the data processing of the 14elastic wave logging in the reconnaissance of HeShui ChuanTang expressway GuangDong province The date research of elastic wave logging indicate the tunnel of XiaoJinKou Depend on the requirement of the design using sonic wave testing including PS logging and sonic wave logging to give a test to the reconnaissance hole of the exit and its main part of the tunnel I know from 0 to 2 miters is all decency The velocity of the transverse wave is about 0 5 kilometer per second the velocity of longitudinal wave is about 1 0 kilometer per second and the velocity of the sonic wave testing of the sample is about 1 5 kilometer per second The velocity of the sonic wave extends obvious under the depth of 4m we can confirm it most decency and 16m below the velocity of the sonic is faster so confirm it weak decency Depend on the elasticity velocity of the wave in the rock we can know the parameter of elasticity of the wall rock tunnel physics index of the rock providing a true index of the wall rock tunnel and the types of wall rock Key words PS logging sonic wave logging the types of wall rock 东华理工大学毕业论文 目录 目目 录录 绪绪 论论 2 2 1 1 地层 2 1 2 岩浆岩 3 1 3 构造 3 1 3 1 变形构造 3 1 3 2 断裂构造 4 1 4 区域稳定性 4 1 4 1 新构造运动 4 1 4 2 断裂活动 5 1 4 3 地震活动 5 2 2 水文地质条件水文地质条件 6 6 2 1 松散岩类孔隙水 6 2 2 基岩裂隙水 6 2 3 红层孔隙裂隙水 6 2 4 不良地质 6 3 3 弹性波测井弹性波测井 7 7 3 1 PS 测井 7 3 1 1 测量原理及野外工作方法 7 3 1 2 PS 测井资料整理方法 8 3 2 声波速度测井 8 3 2 1 测量原理及工作方法技术 8 3 2 2 声波速度测井资料整理方法 9 3 3 测井仪器设备 9 4 4 声波测井资料解释声波测井资料解释 9 9 4 1 实测岩体波速统计 12 4 2 岩体的力学参数计算 13 4 3 隧道围岩分类 19 4 4 隧道围岩的完整性评价 19 结结 论论 2121 参考文献参考文献 2828 东华理工大学毕业论文 绪论 1 绪 论 合水至船塘 祁尾 高速公路位于我省东北部 是国家重点公路 纵 5 河源 广州 口岸 的重要一段 也是我省 三纵四横七连 的重要一纵 项目建成后 我省 西纵 将全线贯通 直接连接连 霍国道主干线 上海 洛阳国家重点公路 上海 武汉国家重点公路 形成高速公路网的规模效益 并构成粤西 粤中地区高 速公路骨架 本项目全线按高速公路标准兴建 全封闭 全立交 全长约 73 8 公里 共设桥 梁 103 坐 隧道 13 坐 涵洞 594 坐 互通立交 3 处 依据 公路工程地质勘察规范 JTG070 2004 和设计要求 主要对隧道进出 洞口及洞身的勘探孔进行声波测试 包括 PS 测井和声波速度测井 获取岩体和岩 石的弹性波速度 依据实测岩体和岩石弹性波速 了解隧道围岩的弹性特征 计算 岩土弹性力学参数 包括动弹性模量 动剪切模量 静弹性模量等 为判定隧道围 岩的破碎程度 围岩分类提供定量指标 东华理工大学毕业论文 地质概况 2 1 地质概况 1 1 地层 合水至船塘 祁尾 高速公路 K40 560 以前位于断陷盆地 K40 560 以后位于 大别造山带大别造山带是夹于华北地块与扬子地块之间秦岭 大别 苏鲁造山带的 一部分 古老的结晶基底剥露最深 变质岩层发育最全 公路沿线以由不同类型的变质岩的变质表壳岩和变质深成岩组成的 大别杂岩 为主体 由于经受强烈的变形变质作用 同构造期花岗岩浆的混合化作用和后期花 岗岩浆的侵蚀破坏作用 改造和模糊了原始层序和岩性 层序难以恢复 地 岩 层及其工程特征见表 1 1 表 1 1 地 岩 层一览表 地质年代单位 代纪世 构造 地 岩 层单位 代号 厚度 m 主要岩性描述 全新世 Q4 5 25亚粘土 砂 卵砾石土新 生 代 第四纪 上更新 世 Q3 5 27含铁锰结核亚粘土 晚世戚家桥组 K2q 1700 红色松散砂砾岩 含砾粗砂岩 白垩纪 早世黑石渡组 K1h 2400 含砾砂岩 细砂岩 粉砂岩 毛坦厂组 J3m 800 安山岩 粗面岩 安山或凝灰质角砾岩 中 生 代 侏罗纪晚世 凤凰台组 J3f 1700 砾岩夹石英长石砂岩及砂岩 八道尖组 Pt3 Pz1b 445 薄层白云 二云 石英片岩夹石英岩 褚佛庵组 Pt3 Pz1z 682 薄层黑云石英片岩 白云片岩夹石 英岩 黄龙岗组 Pt3 Pz1h 936 斑点状 石榴石 白云石英片岩 夹石英片岩 云母片岩 佛子岭 岩群 祥云寨组 Pt3 Pz1x 804 薄层状石英岩 局部夹白云石英片 岩 牛角冲 片麻岩 Pt3 Pz1n 片麻状花岗岩 花岗质片麻岩 下五显 片麻套 新莆沟岩组 Xgn 主要为二长花岗片麻岩 少量钾长花岗质片麻岩 狮子凸岩组 Sgn1 中细粒石英二长质 石英二长 闪长质片麻岩 早 元 古 代 新 元 古 代 岳西片 麻岩套 仰天凸岩组 Ygn1 细粒二长质片麻岩 东华理工大学毕业论文 地质概况 3 金刚岩 片麻岩 Pt1Jl 二长 钾长 片麻岩 磨子潭 片麻岩 Pt1Md 黑云 角闪 斜长片麻岩 中 元 古 代 新 太 古 代 大别山 杂岩 四望山 片麻岩 Pt1Sm 主要为条带状 条纹状角闪斜长片 麻岩 次为浅红色变形脉岩 斜长 角闪岩等 1 2 岩浆岩 公路沿线区域岩浆活动较频繁 岩浆岩极为发育 总体上划分为两大类 一类 为晋宁 加里东期变形变质侵入体 一类为燕山期 侏罗纪 白垩纪 侵入岩和火 山岩 公路沿线区域燕山期侵入岩十分发育 其总体呈北西 南东向分布 与变质造 山带构造方位基本一致 岩浆侵位同时受北东 北北东向区域构造的控制而呈北东 向展布 主要岩石类型为 二长花岗岩 角闪二长花岗岩等 工作区内脉岩分布广泛 以专属性脉岩为主 区域性脉岩次之 与火山岩 侵 入岩关系密切 侵入时代主要为燕山晚期 脉岩空间展布受构造裂隙控制 以北东 北北东为主 规模由几十米至上千米不等 脉岩类型从中性 酸性到碱性均有不同 程度发育 其中以碱性岩脉 花岗斑岩脉最为发育 工作区内火山活动具有多旋回演化特点 喷发自中性 中酸性 酸性 为一连 续岩浆演化序列安山岩 粗安岩组合 早期为爆发相安山质火山角砾岩 集块岩 熔结凝灰岩 主要分布在 K53 000 K54 520 段地势低洼的沟谷中 喷溢相安山 岩 安山质凝灰岩 主要分布在 K53 K56 段山体中 晚期为侵入相粗安质角砾熔 岩 喷发 沉积相粗安质熔结凝灰岩 粗安岩 主要分布在 K49 500 K53 000 段 浅火山相闪长玢岩 花岗斑岩等 在 K54 000 K54 300 段见揭露 统一划 归毛坦厂组 J3m 1 3 构造 公路沿线区构造位置属于大别造山带 是一个多期离合碰撞形成的复合造山带 变形构造非常复杂 剪切流变构造 推覆构造 伸展拆离构造 断裂构造 穹隆构 造及多期褶皱构造等非常发育 共同反映了大别造山带形成演化过程 1 3 1 变形构造 公路沿线跨越大别山带次级的北淮阳构造带和岳西构造带 两者以磨子潭 晓天深 断裂 F9 为界 1 北淮阳构造带以佛子岭岩群 庐镇关岩群为主 南北基本对称 构成大型复 式叠加向斜构造 主要构成三期构造变形 东华理工大学毕业论文 地质概况 4 第一期变形主要为在中深层次伸展构造体制下 固态塑性流变褶皱叠层构造 发育不同程度顺层掩卧褶皱带 顺层连续辟理带 顺层靡棱岩化带 韧性滑断带 第二期变形是在中 浅层次收缩体制下形成的区域性褶皱构造 岩石由韧性变 形向韧脆性变形过渡 第三期变形浅层次一系列不同级别的构造岩片 自南向北多次滑覆逆冲 使滑 片内部早期褶皱产生强烈变位 褶皱鳞片构造 膝折构造 倒转褶皱发育 北部船 板冲一带岩片向背逆冲于中 晚侏罗系砾岩之上 南部晓天 磨子潭断裂带是主滑 面 地表表现为北倾正断层 向下变缓 呈勺式产出 形成配套的前缘推覆 后缘 拉张滑覆系统 青山 晓天等火山盆地正处于拉张而发生发展 反映了大别山强烈 隆生过程 本区出露以佛子岭岩群为主 表现为北以下五显片麻岩套牛角冲片麻岩开头 以新莆沟片麻岩收尾的复向斜构造 2 岳西构造带为大别造山带主体 由复杂的变质岩 石 组成 是南 北 两大陆块及其间岛弧地体聚合碰状长期发展演化的巨型构造混杂岩带 主要构成三 期构造变形 第一期变形为横向挤压机制下深层次高温塑性流变 形成区域性带状展布面状 强韧性变形带 由各类岩石包体 矿物构成拉伸线理和矿物生长线理 主要方位为 290 310 平行于造山带 反映了早期韧性流动的方向 晋宁期 第二期变形主要为中 深层次近水平伸展体制下构造变形 早期面状构造及变形变 质体再次发生强烈的韧性剪切变形 表象为侧向展布的紧密平卧 斜卧褶皱 折劈 理 皱纹线理等 在构造北部 褶皱轴面倒向与片麻理倾向基本一致 主构造面向 北倾 褶皱呈左行排列 上盘向南滑落 造山带整体自本构造带中心向外拆离滑脱 区域上呈 似穹隆 构造 具变质核杂岩特征 其成因可能与造山带根部俯冲陆壳 深熔热状态变化有关 密度倒置引起古老花岗岩隆升 造成中 上地壳近水平伸展 印支期 第三期变形为中 浅层次韧脆性变形 形成一系列北东向 北西向开阔褶皱和 断裂构造 中生代大量岩体侵入和深部基岩的形成 使早期构造形迹和方位发生复 杂的变位 燕山期 1 3 2 断裂构造 区内不同方向脆性断裂较发育 将造山带切割成网状碎块 大型脆性断裂一般 均承袭前期的韧性剪切带而构成重要的边界断裂带 一般断裂带仅发育在地表浅部 由造山后期应力释放 岩石破裂形成 其中以北东向断裂最为发育 南北向断裂不 发育 总的生成顺序从早到晚依次为北西西 近东西向断裂 北东向断裂 北北东 向断裂 构成本区脆 韧 性断裂系统 东华理工大学毕业论文 地质概况 5 1 4 区域稳定性 1 4 1 新构造运动 晚第三纪以来 喜马拉雅运动以后 区内新构造运动活跃 它不但继承了老构 造运动的特征 而且还控制地貌的形态类型及松散堆积物的分布 升降运动是区内新构造运动的一个主要特征之一 以龙门 鸟观咀断裂以南 以升降运动为主 地貌上表现为中低山 上升运动剧烈和不均匀 使得中低山区沟 谷深切 发育多级河谷裂点 谷底基岩裸露 并在 900 1200m 600 750m 300 500m 的不同高度上有夷平面存在 以龙门 鸟观咀 断裂以北 上升运动减弱 相对表现为沉降特征 地貌上为丘陵和河谷平原 河道 摆动明显 发育平行梳状水系 第四系沉积物发育 1 4 2 断裂活动 断裂活动是新构造运动的又一主要表现形式 断裂活动的发生不但控制着第四 系沉积物的发育 而且还引发地震 地下热水出露和深部岩浆的外溢 路线经过地 段没有发现规模较大的第四纪断裂活动 但调查区域磨子潭 晓天深断裂 F9 在 路线附近以外地段见第四纪活动迹象 1 4 3 地震活动 工作区及邻区小震发生频繁 据不完全统计 仅 1971 年 1985 年期间共发生 了几十次地震 微震 二十世纪以来发生有感地震 4 次 最强的达 6 25 级 为 1917 年 2 月 22 日 位于安徽霍山 据观测 这些地震大多发生在深大断裂带及其 次级断裂上 根据 2001 年 8 月 1 日实施的中华人民共和国国家标准 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 公路沿线地震动峰值加速度分别为 0 10g K0 K70 和 0 05g K70 终点 相应地震动基本烈度为 度和 度区 东华理工大学毕业论文 地质概况 6 2 水文地质条件 区内地下水划分为松散岩类孔隙水 基岩裂隙水和红层孔隙裂隙水三类 2 1 松散岩类孔隙水 分布于淠河中 下游的苏家埠 六安 本厂埠一带 孔隙潜水水位埋深 1 93 3 40m 2 2 基岩裂隙水 基岩裂隙水广泛分布于公路沿线 主要含水岩组系上太古界和元古界的变质岩 蚌埠期和燕山期的侵入岩 其次是中生界的火山岩 沉积岩等 依据不同的富水条 件及特征 将区内的基岩裂隙水分为 3 个亚类 层状岩类裂隙水 块状裂隙水及断 层脉状水 2 3 红层孔隙裂隙水 由于该岩组胶结较致密 风化裂隙不甚发育 透水性差 地下水补给及富村存 条件差 所以该岩组赋水性极差 大部分分布在低山丘陵区 水质类型为 HCO3 Ca 型和 HCO3 Ca Na 型 矿化度小于 0 5g l 2 4 不良地质 1 膨胀土 2 软土 3 滑坡及崩塌 主要分布在 K22 以后 深挖方主要为石英片岩夹云母片岩 不均匀对于路面基层材料不一而足 一孔 不能全面反映整个挖方段的地质情况 任何设计的夸大及保守都是不合理或危险的 必须采用物探及槽探全面反映整个挖方段的具体情况 特别是转步圆闪长玢岩夹有 变质岩的俘虏体 地质情况因地异 千差万别 任何设计的夸大及保守也都是不合 理或危险的 侏罗系火成岩的岩性相差亦较大 不长的断面可见凝灰岩 凝灰质角砾岩 集 块岩 节理裂隙相差亦较大 加上第四系覆盖较严重 风化层厚度不均匀 岩性软 硬差异悬殊 给探槽工作带来不便 增加工作难度 初勘工作这方面工作量较少或 没有 要形成对应各层的的物理力学性质工作量较大 特别是短时间内完成 难度 较大 东华理工大学毕业论文 水文地质条件 7 3 弹性波测井 由于交通部门建造公路隧道的需要 近年来迅速发展了弹性波速度测试方法 它不仅可以提供动弹性常数 还能通过相关关系确定静力学参数 如土的物理学指 标 地震稳定性评价以及抗震设计中的地震反应谱等 因此 波速测试已成为土建 工程和地震工程中重要的原位测试手段 声波测井是利用弹性波在钻孔中传播的各种规律来研究钻孔剖面 解决工程地 质问题的一种有效方法 在工程地质勘察中应用最多的是弹性波速度测井 PS 测井 和声波速度测井 它是在钻孔中直接测量地震波传播的平均速度和层速度 利用岩 层中传播的速度特征来评价岩体质量和工程稳定性的一种方法 如果采用不同的观测方式 那么在钻孔中既可测量纵波速度 也可测量横波速 度 PS 测井主要是测量弹性波在岩层中的传播速度 超声波速度测量岩体的声波传 播速度 以下是弹性波测井的原理和方法 3 1 PS 测井 PS 测井是纵波 P 波 横波 S 波或剪切波 速度测井的简称 它 能够可靠的原位测定地层的纵波和横波速度 目前广泛应用于工程地质 调查中 3 1 1 测量原理及野外工作方法 1 震源设置 在井口附近 1 米左右 的地表设置一厚木板作为震源 为增 大摩擦阻力 可在激发板的下面放置些砂子 以便激发时木板稳定 2 测量 将三分量井中检波器置于井底 使其中两组水平方向的检波器用来 接收剪切波 垂直检波器接收纵波 测量时给井中检波器的橡皮囊充气或充水 使 橡皮囊另一侧的垫板与井壁紧密耦合 用重锤分别沿水平方向敲击厚木板两端以激 发剪切波 竖立敲击激发纵波 同时将井中三分量检波器接收到的波转换成电信号 通过电缆传送到地面记录仪中 沿水平方向敲击厚木板两端所记录的剪切波 S左 S 右的波形相似 相位相反 如图 3 1 所示 激发板右敲击左敲击 S0 钻孔 S左 S右 振幅 T 东华理工大学毕业论文 弹性波测井 8 图 3 1 PS 测井示意图 测完一个点后 放掉井中检波器橡皮囊中的气或水 将井中检波器提升到下一 个测点 测点距为 0 5 米 如此测定全井 3 1 2 PS 测井资料整理方法 1 资料整理 在资料解释之前 首先应选定 S 波最佳接收方向的记录 分别 绘制 P 波和剪切波 S左 S右的波形图 进行相位对比 选择一个峰值明显 能由浅 入深进行连续追踪对比的相位 确定相位的时间值 2 划分地层界面 绘制出时深 Z t 曲线 依据 P S 波 Z t 曲线折曲点 划分地层界面 3 速度计算 根据时深曲线的直线性 作出该段的斜率线 斜率的倒数即为 该段的视速度 通过反复的正演计算 直至计算结果与实测数据一致 即为各实际 地层的速度 3 2 声波速度测井 声波速度测井是利用钻孔测取不同深度岩体声波传播速度的一种有效方法 它 可较详细的划分岩层获得连续变化的速度界面和岩层的声波传播速度 从而弥补 PS 测井因激发的地震波波长较长及测点间距较大而不能细致划分岩层获得岩层速度信 息的弱点 3 2 1 测量原理及工作方法技术 一般可采用单孔和跨孔声波测井两种方式 本次测试采用的是单孔测量方式 该方法的原理如下 如图 3 2 所示 在钻孔轴线上放置 单发双收 型换能器 其中 S1 S2 为接收 换能器 F 为发射换能器 F 至 S1 的距离称为源距 l S1 至 S2 之间的距离称为 间距 工作时 发射换能器向井壁辐射声波 当声波入射角等于临界角 l 时 在井壁产生 滑行波 滑行波在滑行过程中引起井液振动 从而 m t V V i sin 在井液中产生折射 折射波被接收换能器接受 由于滑行的纵波速度大于滑行的横 波速度 所以最先到达接收换能器的是滑行纵波产生的折射波 称之为首波 声波 旅行的路径如图 3 2 所示 l l 岩体 Vm Vt S S 1 2 F A B C 东华理工大学毕业论文 弹性波测井 9 图 3 2 单孔测井原理示意图 声波由 F 至 S1 的走时为 3 1 mtm V BS V AB V FA t 1 1 声波由 F 至 S2 的走时为 3 2 故 因此 可测得岩体纵波声速 12 ttt t l VV tp 测量时把通过 6 心电缆线与声波仪连接的 单发双收 测井换能器置于井底 按选定的测点距 测点距为 0 5 米 由下向上提升 逐点进行测量 依次测取各测 点上到达换能器 S1和 S2的首波所需的时间 t1及 t2 直到测完全井 3 2 2 声波速度测井资料整理方法 1 计算各测点时差 t 3 3 12 ttt 2 计算各岩层的声速 p V 3 4 t l Vp 3 绘制声速 孔深 曲线zVp 3 3 测井仪器设备 采用武汉岩海工程技术开发公司生产的 RS STOC1 型声波检测仪 各项性能指标 见表 3 2 表 3 2 RS STOC1 型声波检测仪主要性能指标 主要性能指标 仪器名称型号 测程范围准确度等级 生产厂家 声波检测仪 RS STOC10 60 V 1 S 武汉岩海工程技术开发公司 4 声波测井资料解释 太阳河 yk64 265 左 8 下面是太阳河 yk67 760 右 8 处的综合测井图 由图 4 1 结合表 4 1 可以知道 以下情况 在地表 0 到 3 米处横波速度约 0 4 km s 纵波速度约 0 8 km s 而岩块波速 平均月 1 3 km s 明显横波速度最慢 然后是纵波 岩块中的波速最快 在 3 米 mtm V CS V AC V FA t 2 2 东华理工大学毕业论文 声波测井资料解释 10 处速度有个明显的上升 表明这里是风化层交接处 从 3 米到 20 米处速度无明显变 化 有增加也是由于岩石坚硬度的增加而引起的速度变大 再往下就是完好的没有 被风化过的岩石了 再根据取芯样品就可得到岩性的结论 0 5 10 15 20 25 0 01 02 03 04 0 波速 千米 秒 深 度 米 vp波速 vs波速 岩体波速 图 4 1 综合测井曲线图 A 0 3m 全风化正长花岗岩 围岩级别 VI 完整程度 极破碎 B 3 15m 强风化正长花岗岩 围岩级别 V 完整程度 破碎 C 15 20m 强风化正长花岗岩 围岩级别 IV 完整程度 破碎 D 20 23m 弱风化层 围岩级别 IV 完整程度 破碎 梅子关 zk46 815 右 8 下面是小金口 zk46 815 右 8 处的综合测井图 由图 4 2 结合表 4 1 可以知道在 0 到 2 米处横波约 0 5 km s 纵波约 1 0 km s 岩块波速约 1 5 km s 是全风化 层 往下波速呈线形上升 在 3 米处岩块波速急剧变大 表明这里的风化情况要比地表 好 应属强风化层 再往下一直到 13 米处岩块波速无明显变化 横波和纵波由于岩 土密实度和坚硬度增加而逐渐增大 13 米以后岩块波速又一次急剧变大 既然 13 米以上就是弱风化层 那么只有岩性变化才能解释波速变大的原因 这里可能是两 种岩性岩层的互层处 东华理工大学毕业论文 声波测井资料解释 11 0 5 10 15 20 25 30 0 02 04 06 0 波速 千米 秒 深 度 米 vp波速 vs波速 岩体波速 图 4 2 综合测井曲线图 A 0 2m 处是全化片岩 围岩级别 VI 完整程度 极破碎 B 2 5m 是强风化片 围岩级别 V 完整程度 极破碎 C 5 12m 风化的砾岩 围岩级别 IV 完整程度 较破碎 D 12 21m 强风化粗面岩 围岩级别 III 完整程度 破碎 E 21 25m 强风化粗面岩 围岩级别 II 完整程度 较完整 梅子关 YK47 750 左 8 下面是小金口 YK47 750 左 8 处的综合测井曲线图 由图 4 3 结合表 4 1 可知道在 0 到 2 米处是覆盖层 横波波速约 0 6 km s 纵波和岩块波速相差不大都大约 1 1 km s 往下随深度增加速度相应线形增大 但是在 8 米到 12 米之间有明显的 波动 这里可能是一个夹层或是构造破碎带 东华理工大学毕业论文 声波测井资料解释 12 图 4 3 综合测井曲线图 A 0 2 米 碎石土 围岩级别 VI 完整程度 极破碎 B 2 10 米 强风化砂质板岩 围岩级别 IV 完整程度 极破碎 C 10 24 米 弱风化砂质板岩 围岩级别 III 完整程度 破碎 D 24 米以下 是完好的岩层 围岩级别 II 完整程度 较完整 4 1 实测岩体波速统计 对 14 个钻孔测试的波速按岩性和风化程度进行了分类统计 见表 4 1 表 4 1 岩层波速分类统计一览表 最低波速 km s 最高波速 km s 平均波速 km s PS 测井波速测井PS 测井波速测井PS 测井波速测井岩性风化程度 VsVpVpVsVpVpVsVpVp 亚粘土 0 301 0 6860 715 1 5320 561 1 08 碎石土 0 298 0 6580 889 1 5670 578 1 125 全风化 0 574 1 0341 0940 665 1 2431 740 603 1 1271 28 强风化 0 711 1 2451 271 401 2 4523 1880 924 1 6161 794 砾岩 弱风化 1 275 2 1752 2762 166 3 5123 8471 808 2 9613 134 粗面岩弱风化 1 327 2 5213 1282 038 3 8724 1721 647 3 133 565 弱风化 1 801 3 1463 6572 246 3 6174 1692 065 3 423 935 闪长斑岩 微风化 1 812 3 1573 6982 398 3 8914 2892 279 3 714 185 正长花岗岩全风化 0 386 0 7861 1020 475 0 9161 4320 418 0 8351 295 0 5 10 15 20 25 30 0 01 02 03 04 0 波速 千米 秒 深 度 米 vp波速 vs波速 岩体波速 东华理工大学毕业论文 声波测井资料解释 13 强风化 0 357 0 8281 3541 046 1 7362 6120 738 1 3652 261 弱风化 1 456 2 4562 9682 368 3 8174 2572 104 3 8284 244 强风化 0 459 1 211 6941 3132 12 940 81 642 11 闪长玢岩 弱风化 1 2522 22 117 3 4114 031 726 2 773 104 强风化 0 514 1 0211 8560 898 1 6982 4580 784 1 3522 133 凝灰岩 弱风化 1 145 2 0142 7592 199 3 5484 0071 979 3 1783 781 全风化 0 325 0 7681 1520 589 1 1781 7690 451 0 9551 559 强风化 0 613 1 2411 8640 953 1 6742 6840 769 1 4612 247 花岗片麻岩 弱风化 1 456 2 5683 122 365 3 8124 2682 063 3 483 944 全风化 0 246 0 7821 230 982 1 8672 3440 573 1 051 741 强风化 0 622 1 2032 0231 552 2 8342 9930 755 1 4152 358 片麻岩 弱风化 1 238 2 1563 0362 247 3 6124 4942 265 3 3013 831 全风化 0 526 0 9991 4890 553 1 0511 6610 539 1 0231 546 强风化 0 661 1 2362 0480 669 1 2512 3690 665 1 2442 209 片岩 弱风化 0 713 1 3552 4981 107 2 5682 9590 916 1 9052 741 全风化 0 47 0 8790 8970 685 1 1981 2220 571 1 0361 006 强风化 0 591 1 0351 0561 632 2 5232 5730 919 1 4511 621 板岩 弱风化 1 226 2 1732 0512 266 3 6423 7751 784 2 9322 992 统计结果表明 1 该区第四纪坡积 残积层的地震波速度较小 横波波速 Vs 约在 0 3 0 9km s 之间 平均为 0 7km s 纵波波速 Vp 约在 0 67 1 55 km s 之间 平均为 1 10 km s 2 不同岩性或不同风化程度条件下 地震波速度也不同 如弱风化条件下的 片麻岩 花岗片麻岩 正长花岗岩和闪长斑岩等 其波速相对较大 即纵波速度平 均都在 3 80 km s 以上 最大为 4 40km s 左右 横波速度平均都在 2 00km s 以上 最大为 2 30km s 左右 而其他岩性的岩层纵波速度一般小于 3 7km s 横波速度一 般在 2 0km s 以下 尤其是弱风化的砾岩 闪长玢岩 片岩及板岩等的纵 横速度 更是在 3 2km s 和 1 8km s 以下 强风化岩层由于岩体破坏 松散 弹性较差 因 此波速相对弱风化或微风化岩层较小 纵波速度一般在 1 60 2 30km s 之间 横波 速度一般在 0 66 0 92km s 之间 全区各类岩体波速相比 片麻岩和花岗片麻岩的 波速最高 片岩的波速最低 4 2 岩体的力学参数计算 在公路工程地质勘察中 声波测井能在现场就地进行 即在岩土所处之处原位 保持着原位状态和原位应力条件下工作 并可取得岩 土多种物理及力学参数 地 震波速度测井不仅可以提供动弹性常数 还能通过相关关系确定静力学参数 根据弹性波动力学理论 岩土中纵 剪切波速度可用下式表示 东华理工大学毕业论文 声波测井资料解释 14 4 1 21 1 1 dd dd p E v 4 2 1 2 d d s E v 式中 分别为纵波和剪切波速度 为动弹性模量 为岩土质量密度 sp vv d E 为动泊松比 d 各项力学参数可按下式计算 动泊松比 4 3 2 2 2 2 2 s p s p d v v v v 动切变模量 4 4 2 sd vG 动弹性模量 4 5 1 2 2 dsd vE 然而 在工程设计中常采用静态值 依据下列关系式即可计算静弹性模量 s E 适用于岩石或完整岩体 5 1 25 0 ds EE 适用于大部分岩体 包括裂隙和破碎的岩体 7 1 25 0 ds EE 适用于松软 破碎而有充水的岩体 6 2 0025 0 ds EE 式中 动 静弹性模量 103Mpa EEd 依据实测纵波 横波速度 计算隧道围岩的力学参数如以下列表所示 太阳河隧道波速测试成果表 钻孔位置 yk64 265 左 8 米 表 4 2 太阳河隧道波速测试成果表 深度岩体波速 P S 岩体声 波 泊松比 动弹性 模量 动剪切 模量 静弹性 模量 岩性 H m Vp Km S Vs Km S Vp Km S uEd Gpa Gd Gpa Es Gpa 围岩 类别 完整 系数 0 500 7860 3861 1021 8000 3410 7190 2980 001VI0 05 1 000 8070 3981 2311 8000 3390 7640 3170 001VI0 07 1 500 8140 4051 3421 8000 3360 7890 3280 001VI0 08 2 000 8540 4271 3681 8000 3330 8750 3650 002VI0 08 全风化 正长花 岗岩 2 500 9160 4751 4321 8000 3161 0690 4510 280VI0 09 东华理工大学毕业论文 声波测井资料解释 15 3 001 2050 6511 8242 0000 2942 1930 8480 950VI0 15 3 501 2310 6501 8572 0000 3072 2080 8450 961VI0 15 4 001 2540 6691 8642 0000 3012 3290 8951 052V0 15 4 501 2850 6691 8792 0000 3142 3530 8951 070V0 16 5 001 2940 6741 8852 0000 3142 3870 9091 098V0 16 5 501 2980 6781 8962 0000 3122 4130 9191 118V0 16 6 001 3020 6891 9142 0000 3062 4790 9490 976V0 16 6 501 3150 7121 9352 0000 2932 6211 0141 061V0 16 7 001 3410 7121 9462 0000 3042 6441 0141 075V0 17 7 501 3510 7581 9482 0000 2702 9191 1491 247V0 17 8 001 3650 7691 9512 0000 2682 9981 1831 298V0 17 8 501 3780 7581 9652 0000 2832 9491 1491 266V0 17 9 001 3890 7691 9782 0000 2793 0251 1831 316V0 17 9 501 3940 7711 9862 0000 2803 0431 1891 327V0 17 10 001 4010 7722 0672 0000 2823 0561 1921 336V0 19 10 501 4120 7752 1242 2000 2843 3941 2011 563V0 20 11 001 4250 7752 1652 2000 2903 4091 2011 574V0 21 11 501 4350 7742 1782 2000 2953 4131 1981 576V0 21 12 001 4480 7892 2352 2000 2893 5301 2451 658V0 22 12 501 4530 7942 2682 2000 2873 5701 2611 687V0 23 13 001 4650 7982 2792 2000 2893 6121 2741 716V0 23 13 501 4750 8042 2862 2000 2893 6651 2931 754V0 23 14 001 4780 8092 3012 2000 2863 7041 3091 782V0 23 14 501 4860 8122 3452 2000 2873 7341 3191 804V0 24 15 001 5340 8692 3562 2000 2644 1991 5102 151IV0 24 15 501 5570 8872 3762 2000 2604 3611 5742 277IV0 25 16 001 5680 8992 3842 2000 2554 4631 6162 357IV0 25 16 501 5890 9242 3872 2000 2454 6751 7082 527IV0 25 17 001 6240 9752 4122 2000 2185 0951 9012 876IV0 26 17 501 6570 9892 4232 2000 2235 2651 9563 020IV0 26 18 001 6681 0122 4452 2000 2095 4472 0483 178IV0 26 18 501 6871 0252 4562 2000 2075 5822 1013 297IV0 27 19 001 6891 0262 4572 2000 2085 5932 1053 307IV0 27 19 501 7241 0352 4612 2000 2185 7422 1423 440IV0 27 强风化 正长花 岗岩 20 001 7361 0462 4682 2000 2155 8492 1883 537IV0 27 20 502 4561 4562 9682 4000 229 12 5064 24011 057III0 39 21 002 5341 5323 0242 4000 212 13 6544 69412 613III0 40 21 502 6871 5863 1062 4000 233 14 8835 03114 354III0 42 22 002 7561 6123 1252 4000 240 15 4665 19715 206III0 43 弱风化 正长花 岗岩 破碎 带 22 502 7651 6233 2542 4000 237 15 6435 26815 467III0 47 东华理工大学毕业论文 声波测井资料解释 16 23 002 7691 6253 2682 4000 237 15 6835 28115 527III0 47 小金口隧道波速测试成果表 钻孔位置 ZK46 815 右 8 米 表 4 3 小金口隧道波速测试成果表 深度岩体波速 P S 岩体 声波 泊松比 动弹性 模量 动剪切 模量 静弹性 模量 围岩类 别 岩性 H m Vp Km S Vs Km S Vp Km S uEd Gpa Gd Gpa Es Gpa 完整系数 0 500 999 0 5261 6611 3000 3080 9410 5530 002VI0 05 1 001 020 0 5371 4891 3000 3080 9810 5770 002VI0 06 全风化 片岩 1 501 051 0 5531 4891 4000 3081 1200 6120 003V0 06 2 001 236 0 6612 3691 4000 3001 5900 8740 008V0 08 强风化 片岩 2 501 251 0 6692 0481 6000 3001 8610 8950 719V0 09 3 001 397 0 7352 5681 6000 3082 2621 0801 001V0 11 3 501 452 0 7642 7221 6000 3082 4441 1671 142V0 12 4 001 355 0 7132 5451 6000 3082 1291 0170 903V0 10 4 501 362 0 7172 5931 6000 3082 1521 0280 920V0 10 5 001 630 0 8582 7781 6000 3083 0821 4721 694IV0 15 5 501 687 0 7802 7501 6000 3642 6561 2171 315IV0 16 6 001 635 0 9142 6692 1000 2734 4661 6712 359IV0 15 6 501 655 0 9252 8362 1000 2734 5741 7112 446IV0 15 7 001 907 0 8672 9272 1000 3704 3251 5032 248IV0 20 7 501 892 0 8602 9272 1000 3704 2551 4792 194IV0 20 8 002 034 1 0522 9592 1000 3176 1232 2133 788IV0 23 8 501 863 0 8472 8652 1000 3704 1271 4352 096IV0 19 9 002 045 1 0572 7502 1000 3186 1832 2343 844IV0 23 9 502 015 0 9162 6952 1000 3704 8271 6782 651IV0 22 10 00 2 193 0 9972 8362 2000 3705 9911 9883 666IV0 26 10 50 2 339 1 0632 8962 2000 3706 8102 2604 443IV0 30 11 00 2 374 0 9872 8362 2000 3965 9821 9483 657IV0 31 11 50 2 354 1 0752 6182 2000 3686 9572 3114 588III0 30 12 00 2 345 1 0792 4982 3000 3667 3142 3284 945III0 30 弱风化 片岩 12 50 2 568 1 1072 5612 3000 3867 8122 4515 459III0 36 13 00 2 521 1 3273 1282 3000 308 10 599 3 5228 626III0 35 13 50 2 557 1 3463 5932 3000 308 10 904 3 6239 002III0 36 14 00 2 803 1 4753 5402 3000 308 13 095 4 351 11 846III0 43 14 50 2 833 1 4913 6242 3000 308 13 380 4 446 12 236III0 44 15 00 2 675 1 4083 4012 3000 308 11 932 3 965 10 304III0 39 弱风化 粗面岩 15 50 2 884 1 5183 3282 3000 308 13 869 4 609 12 913III0 45 东华理工大学毕业论文 声波测井资料解释 17 16 00 3 017 1 5883 2652 3000 308 15 178 5 043 14 783III0 50 16 50 3 124 1 6443 5932 3000 308 16 267 5 405 16 402III0 53 17 00 2 850 1 5003 6282 3000 308 13 542 4 500 12 459III0 44 17 50 3 036 1 5983 6582 3000 308 15 370 5 107 15 064III0 50 18 00 3 281 1 7273 5282 3000 308 17 951 5 965 19 014III0 59 18 50 3 240 1 7053 3592 3000 308 17 497 5 814 18 297III0 57 19 00 3 150 1 6583 4652 3000 308 16 545 5 498 16 825III0 54 19 50 3 169 1 6683 6652 3000 308 16 746 5 564 17 131III0 55 20 00 3 251 1 7113 5242 3000 308 17 620 5 855 18 491III0 58 20 50 3 202 1 6853 6242 3000 308 17 089 5 678 17 660III0 56 21 00 3 348 1 7623 4402 3000 308 18 686 6 209 20 194II0 61 21 50 3 401 1 7903 4652 3000 308 19 285 6 408 21 172I