基于钻孔摄像技术的岩体完整性评价方法

通过钻孔摄像技术获取岩体的结构特性,提出一种评价岩体完整性的新方法--RMDI法,并应用于开滦煤矿唐山矿区数字钻孔摄像工程地质勘测中的离层孔。结果表明：（1）高精度的钻孔图像能为岩体完整性评价提供可靠的结果;（2）DIDF能反映钻孔壁岩体完整程度的轴向分布状况;（3）RMDI法用于评价岩体完整性是可行的;（4）RMDI法能实现全孔段或局部孔段的岩体完整性评价,完成对岩体不同完整段的位置搜索。     

珊瑚礁岩体完整性评价方法

目前,针对珊瑚礁的钻探勘察工作十分有限,获取完整的珊瑚礁地质信息则更加困难,而开展珊瑚礁的研究对我国海洋资源的开发和利用具有重要意义。结合西沙琛航岛地质调查,应用数字钻孔摄像技术,获得大量第一手地质资料,由于传统的岩体完整性指数（RMDI）法并不完全适用于珊瑚礁岩体的评价,考虑到珊瑚礁岩体的孔洞尺寸效应,提出珊瑚礁孔密度的概念,并建立孔密度函数和块度函数,从而改变传统RMDI法中的? 值,重新构建珊瑚礁岩体完整性密度函数（DIDF）,最终确定珊瑚礁RMDI值,对珊瑚礁岩体的完整性进行评价,并应用于南海西沙群岛琛航岛数字钻孔摄像工程地质勘测中CK1孔的完整性评价,与其他评价结果一致,结果表明：高精度的钻孔图像能为珊瑚礁岩体完整性评价提供可靠的结果;孔密度函数能反映钻孔壁孔洞对珊瑚礁岩体影响程度的轴向分布状况;DIDF能反映钻孔孔壁珊瑚礁岩体完整程度的轴向分布状况;RMDI法用于评价珊瑚礁岩体完整性是可行的,能实现全孔或局部孔段的珊瑚礁岩体完整性评价。     

三峡库区碎屑岩岸坡岩体钻孔成像特征及质量评价方法研究

三峡库区地层岩性复杂,岩体赋存环境差异性明显,影响岩体质量的因素较多,在周期性水力作用下碎屑岩岸坡岩体已形成独有的结构特征,对岸坡的长期安全与稳定性不利。在调查统计库区碎屑岩特征的基础上,开展了大量原位钻孔测试,分类总结了库区碎屑岩岸坡岩体典型的钻孔成像特点,详细分析了不同裂隙特征岩体钻孔岩芯的块体尺度与断裂特征。基于岩芯断裂特征与钻孔成像裂隙特征的对应关系,建立了岩体质量评价指标RQ,并与传统的岩石质量指标RQD和声波测试结果进行对比,验证了该指标的适用性。研究结果表明,三峡库区碎屑岩库岸影响岩体质量的钻孔成像特征主要有沉积分层结构、软弱充填结构、原生破碎带及钻孔轴向裂隙切割4种结构类型,RQ考虑了不同结构类型划分块体的长度区间,量化了不同区间岩体占比对岩体质量评价值的贡献,基于岩体内部结构特征可以更客观地评价碎屑岩岸坡的岩体质量,避免了钻孔取芯过程机械损伤引入的误差。研究成果有助于分析三峡库区碎屑岩岸坡岩体的质量分布特征,并为岩体质量演化的量化描述提供理论方法与技术思路。     

利用岩石质量指标和岩体块度指数进行岩体质量评价研究——以高放废物地质处置库预选场址甘肃北山1号钻孔为例

岩体质量的评价对于各类大型建筑物特别是地下工程建筑物的安全性具有十分重要的作用。文章基于岩石质量指标（RQD）和岩体块度指数（RBI）的理论，通过对甘肃北山1号钻孔的岩心实测资料证明，岩体块度指数在一定程度上能反映岩体的完整性与相应力学性质的变化特点，同时给出钻孔附近岩体质量分类，进而与岩石质量指标所获得的钻孔附近岩体质量评价分级进行对比。对比结果表明：岩体块度指数在岩石质量评价中能更准确地反映其优越性，具有更为显著的工程意义。     

基于裂隙充填特征的坝基岩体灌浆效果评价

灌浆是水工建筑物基础处理中最常用的技术手段,通过灌浆封堵裂隙使基础岩体的防渗性、结构强度等达到设计要求。裂隙是透水透浆的最基本结构面,在灌浆处理中浆液对裂隙的充填程度是灌浆效果最直观的表现,由于灌浆工程的隐蔽性,裂隙的充填特征难以直接获取到,目前大多采用间接的压水试验法进行效果评价。利用钻孔摄像技术对灌浆钻孔进行成像探测,获取钻孔360°壁面图像,识别灌浆后的裂隙充填特征,考虑不同充填特征对灌浆效果的影响,建立以充填裂隙和未充填裂隙为要素的灌浆效果评价指标——钻孔内裂隙充填指数(borehole fracture filling integrity,BFFI),探讨BFFI与常规压水试验透水率结果的相关关系,利用三次多项式拟合两种评价指标的函数关系,建立基于钻孔内裂隙充填指数的灌浆效果评价标准,并将该方法应用到雅砻江桐子林水电站厂房坝区帷幕灌浆补充试验中,结果表明,(1)压水试验法和BFFI法的灌浆效果评价结果吻合度较高,进一步说明了BFFI法评价灌浆效果的可行性;(2)利用钻孔摄像技术开展灌浆效果评价,既直观地展示浆液在裂隙中的充填特征,又能反映灌浆效果,为灌浆效果评价提供了新的思路和方法。     

某大型水电站坝区岩体风化分带定量划分初探

岩体风化程度的划分对岩体质量的准确分级及建基面的确定具有重要意义。但定性划分岩体风化程度往往受到主观因素的制约,存在评价时的任意性,且不能客观反映岩体风化的本质特征。而选取一些能反映岩体风化特征的指标对岩体进行风化量化分级,则较为准确、客观。论文结合西南某大型电站基本情况,根据国内外的研究成果,选取岩石质量指标（RQD）、裂隙间距（D）、波速比（Bv）、完整性系数（Kv）、岩石单轴抗压强度及2m硐段裂隙数等适合坝区岩体定量风化分带的特征指标,对主要指标进行相关性分析。最后根据选定指标定量划分出坝区岩体风化分带,以期对类似工程有一定的指导意义。     

修正水电HC法在地下厂房洞室围岩分级中的应用研究

水电HC法的岩体完整程度以完整性系数K_(v)为定量指标,但完整性系数K_(v)值的测试难度较高,不利于现场测试特别是施工阶段的频繁测定,且受测试环境及岩体风化状态的影响,测试结果的准确性难以得到保证。岩体体积节理数J_(v)是对节理密度的三维统计,能较好地反映节理密度,根据《工程岩体分级标准》中的间距法,可以在现场快速准确的获得。目前国内外常用的几种围岩分级方法中,其评价指标都与岩体体积节理数J_(v)存在密切的联系,通过引入岩体体积节理数J_(v)值,并结合完整性系数K_(v)值,综合表征岩体的完整性程度,减小完整性系数K_(v)值的误差给围岩分级结果带来的影响,从而获得了符合实际情况的修正水电HC围岩分级方法,并成功应用到了河南五岳抽水蓄能电站地下厂房围岩分级中。相关研究方法可以为类似工程围岩分级提供参考。     

基于孔中雷达反射成像特征的岩溶定量化评价

为准确评价隐伏岩溶区的强岩溶发育特征,采用孔中雷达反射成像技术,利用不同地层的电性差异特征以及探测钻孔孔壁地层岩溶发育情况,并根据岩体中雷达反射波的强度衰减特性,建立钻孔雷达最大探测距离与地层岩溶率的关系,定量推算出地层岩溶发育程度。结果表明:孔中雷达反射成像技术可获得钻孔半径10~30 m范围,甚至更远区域的岩溶发育信息。利用钻孔雷达最大探测距离与地层岩溶率的关系,可得到钻孔周边地层岩溶发育的定量化评价,分析各层位不同埋深的岩溶发育情况,可为地质勘察和工程建设提供更详实的基础数据,具有较好应用前景。      

巴彦诺日公地段花岗岩微裂隙发育特征研究

花岗岩是高放射核废料地质处置库的主要围岩之一,其水力学特征优劣直接决定了花岗岩体能否有效地阻隔地下水对处置库中核废物的侵袭。围岩微裂隙结构和化学风化程度是水力学特征的直观表现,微裂隙结构量化和化学风化程度计算对高放射核废料地质处置库埋藏深度的比选有一定的科学意义。本文以阿拉善某600 m的花岗岩钻孔内不同深度的岩芯作为研究对象,得到大量的微裂隙显微照片;通过测网法和图像处理技术,获得岩芯数字化的裂隙空间分布图像,并从中提取了微裂隙特征参数（裂隙条数、隙宽、裂隙率、裂隙面密度参数等）;然后,对微裂隙特征参数进行了统计分析,描述了裂隙空间分布变异性。花岗岩样品的化学风化程度评价指标有:天然含水率、CIA。同时,利用SEM-EDS探测裂隙部位形貌特征及元素含量等数据。最后,对花岗岩完整性与核废料处置库适宜性进行综合评价。通过本研究,得到了以下结论:（1）研究区的花岗岩微裂隙发育情况随深度增大逐渐变弱。（2）花岗岩受外力作用后微裂隙首先发育在石英中,其次是在长石和黑云母中。（3）临近破碎带,裂隙率、平均隙宽、裂隙条数均增大,同时受后期热液填充的影响,CIA也会表现出高值。（4）破碎带的发育,对周边完整岩体的微观破裂影响距离可以超过10.6 m,后期热液对下方完整岩体的侵染蚀变影响距离可以超过50.27 m。（5）通过综合评价,来自该钻孔不同深度的7个样品中,取自地下598.8 m处的样品所代表的位置最适宜作为核废料处置库深埋区。     

井下超声波成像提取岩层节理产状信息

井下超声波电视能够提取工程勘察中岩层产状信息并完成井眼岩层3维（3D）信息图。在某地下石油储备库的工程勘察中,完成7口井的超声波电视成像测井,以其中的钻孔ZK10为例,研究并分析了井下超声波电视成像所获取的结构面倾角和倾向、岩体完整性、结构面线密度、3D岩心图和井壁图以及节理极坐标图、节理方位频率图。统计分析结果表明：井下超声波电视技术可以对钻孔所揭露的岩体质量进行初级定量化分析,为区域稳定分析、工程岩体质量分级及工程设计提供有价值的基础数据,对提高工程勘察质量具有重要意义。     

高放废物处置北山预选区地表岩体结构与岩体质量相关性及其应用研究

岩体工程质量是影响高放废物地质处置（HLW）工程长期稳定性和安全性的关键因素,也是处置库场址比选的重要依据。在地表岩体节理调查统计的基础上,采用RMR(relative metabolic rate)分级方案,探讨北山高放废物处置预选区内以花岗岩为主体围岩的岩体质量与岩体结构的对应特征,建立结构面间距D与RMR岩体质量总评分值之间的定量关系,对北山预选区芨芨槽地表岩体质量分布进行研究。研究结果表明,RMR与D值的点群分布具有扇形发散的正相关特征,随D值的增大,RMR亦呈增长趋势,但低级序岩体结构与岩体质量比高级序岩体表现出更好的对应关系。研究认为,选用RMR与D的点群中心线对应的线性方程评价花岗岩候选区的岩体质量可达到快速评价岩体质量、查明各级岩体空间分布特征的目的,同时也便于对不同候选场区进行大范围岩体质量对比。分析结果显示,北山芨芨槽预选地段BS16钻孔周边3 km2范围内主要以Ⅰ、Ⅱ级岩体为主,岩体质量总体较好且分布相对较为均匀。     

基于颜色特征的数字钻孔图像溶隙结构识别方法

针对数字全景钻孔摄像系统获取的实测图像,提出了一种基于颜色特征的数字式钻孔图像溶隙结构识别方法。利用岩层中的典型结构,如土质层、溶隙在颜色上与普通岩石具有较大差异性的特点,首先建立了一个自适应HSV颜色空间溶隙结构检测模型,利用该模型获取溶隙结构的二值化图像;对该二值化图像进行滤波处理;然后从处理后的二值化图像进行分区像素密度统计来确定土质层或溶隙区域的深度、面积及方位角等信息,从而实现数字式钻孔图像中溶隙结构的自动识别。通过对大量数字式钻孔图像进行试验并与对应的钻孔雷达图像进行结果对比表明,其方法能对全孔图像的溶隙和土质层进行快速、准确地自动化检测与定位,为钻孔图像岩体结构的自动识别与工程应用提供了一种新的可靠方法。     

顶板诱导崩落爆破效果的全景探测与评价

基于连续采矿的顶板诱导崩落技术,采用预裂爆破控制裂隙发展区间,强制崩顶爆破诱导顶板围岩裂隙发育、扩展,从而诱导顶板致裂失稳的可控崩落。然而在地下采空区顶板诱导致裂失稳崩落处理采空区过程中,预裂与崩顶爆破效果具有极大的隐蔽性,难以进行直观可视的评价。采用钻孔摄像系统,利用前视与全景可视技术,对顶板诱导爆破前钻孔形态和爆破的效果进行了探测,特别在爆破后的全景钻孔摄像,数字化描述了钻孔的裂隙特征,并通过钻孔摄像的图片分析评价了顶板诱导崩落爆破效果。全景探测的结果表明：（1）预裂爆破在顶板岩体中形成了清晰可见宽为20～40 mm的预裂缝,炮孔底部存在半个孔壁的预裂特征。（2）顶板围岩中产生了大量的次生诱导微裂隙带,裂隙交错呈“X”型,并且原生裂隙得到了扩展。（3）顶板诱导爆破实施后爆堆形状良好,大量裂隙发育以及碎裂岩体结构的形成有利于顶板的诱导可控崩落。     

RQD应用与研究的回顾与展望

RQD是评价裂隙岩体质量的重要参数,它在岩体工程中被广泛采用,但经过长期的理论和实践工程师们认识到了RQD自身所存在的缺点和不足,并将RQD的缺点和不足总结为5点。但RQD仍然具有很强的生命力,从5个方面总结了近半个世纪以来人们对RQD的不断探索和研究的进程,并进一步指出了对RQD的拓宽和改进的主要研究方法和发展方向。     

基于超声波钻孔电视的深部岩体结构面特征研究

深部岩体结构面特征是岩体质量评价的基础数据之一.利用超声波钻孔电视对甘肃北山芨芨槽花岗岩体的BS15^#、BS16^#钻孔进行测量,获得了深部岩体结构面的数量、密度、产状、优势方向组和结构面宽度等数据,并与岩心编录结果进行对比分析.分析结果表明超声波钻孔电视在深部岩体结构面研究中具有良好效果,但也存在一些不足,需要结合其他资料综合分析才能更好地发挥作用.     

利用孔斜成像技术解译结晶岩体裂隙发育几何特征

钻孔电视成像技术由于其高精度数字记录成像的特点,克服了工程钻探过程中岩芯不连续、裂隙几何要素信息丢失等问题,在国内外工程勘察中得到了广泛的应用。但目前钻孔成像解译大都以竖直孔为主,倾斜孔成像解译应用较少。结合某地区地下水封洞库项目中的斜孔电视成像工作,介绍了斜孔成像裂隙的解译方法,通过空间坐标转换将结构面的视产状转换成真产状,并在此基础上针对该地区地下水幕系统和洞室所在位置深度范围内的裂隙发育情况分三部分对深部花岗岩结晶岩体裂隙几何要素进行了统计分析,揭示了相应的裂隙发育产状变化特征和垂向变化特征,结果表明该地区主要发育NE 20°~40°和NW 20°~40°优势构造成因裂隙,裂隙发育数量呈现先减小后逐渐增大并维持较稳定数量的变化趋势。以此可为评价洞库围岩稳定性、水幕系统水封效果等提供了可靠的数据支持。     

基于空间插值的工程岩体RQD预测方法

作为工程实际中评价岩体性质的重要指标,RQD的应用已相当广泛。但工程岩体中RQD值的分布存在一定的结构性和随机性,因此,通过对特定位置钻探获取的RQD值无法很到位地表达整个空间区域的实际岩石质量。为了弥补这方面的不足,统计学中的空间插值法为此提供了有力的手段。考虑到空间RQD分布存在各向异性,以及在工程坐标系中很难描述RQD分布的结构性,首先计算工程坐标系下已获取RQD值的主要黑塞方向（pHd）;然后构建空间旋转与比例缩放矩阵对其进行坐标标准化处理。在标准化的空间中,引入Kriging插值法,采用变异函数描述RQD在标准空间结构上的变化,建立其空间变异规律的数学模型,并对其进行插值计算;最后将标准空间进行坐标逆变换,实现了对工程坐标系下RQD分布的预测。利用R语言编程将该方法应用于工程实例,结果表明,这种空间插值法能够有效地预测工程岩体中RQD值的分布规律,弥补了局部钻探的局限性。     

VJC-RMR法在岩体变形模量确定中的应用

在介绍VJC-RMR法 ( Volumetric joint count-rock mechanics rating method )基本原理的基础上,对贵阳市鱼简河水库坝基岩体进行了质量评价和变形模量确定,并与原位试验法、Q法 (Rock mass quality) 和岩体损伤的分形模型(Fractional model of rock mass damage)进行了比较。结果表明,VJC-RMR法能够将一维问题转化为三维问题,更好地反映岩体的实际情况,是进行岩体质量评价和参数确定较好的一种方法。