岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1435-1445.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0893

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于定向声波扫描的钻孔围岩隐伏溶洞表征与分析方法

张岩1, 2, 3, 4，汪进超5，刘厚成6，郭启军6   

  1. 1. 山东省鲁南地质工程勘察院 地热清洁能源勘查开发山东省工程研究中心，山东 济宁 272100； 2. 山东省地矿建设有限公司，山东 济宁 272100；3. 自然资源部山东羊庄岩溶生态系统野外科学观测研究站，山东 济宁 272100； 4. 山东省地矿局岩溶地质重点实验室，山东 济宁 272100；5. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071； 6. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土工程检测中心，湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2023-06-22 接受日期:2023-08-21 出版日期:2024-05-11 发布日期:2024-05-07
  • 通讯作者: 汪进超，男，1988年生，博士，副研究员，主要从事岩体测试技术研究。E-mail: jcwang@whrsm.ac.cn
  • 作者简介:张岩，女，1979年生，硕士，高级工程师，主要从事水工环地质工作。E-mail:m13675470416@163.com
  • 基金资助:
    山东省地矿建设有限公司开放基金重点课题项目（No. LNYQ-2021-Z09）；湖北省重点研发计划项目（No. 2023BAB099）。

Characterization and analysis method of hidden karst caves in borehole surrounding rock based on directional acoustic scanning technology

ZHANG Yan1, 2, 3, 4, WANG Jin-chao5, LIU Hou-cheng6, GUO Qi-jun6   

  1. 1. Shandong Engineering Research Center of Geothermal Energy Exploration and Development, Shandong Provincial Lunan Geology and Exploration Institute, Jining, Shandong 272100, China; 2. Shandong Provincial Geology Construction Ltd., Jining, Shandong 272100, China; 3. Observation and Research Station of Shandong Yangzhuang Karst Ecosystem, Ministry of Natural Resources, Jining, Shandong 272100, China; 4. Key Laboratory of Karst Geology, Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources, Jining, Shandong 272100, China; 5. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 6. Geotechnical Engineering Testing Center, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2023-06-22 Accepted:2023-08-21 Online:2024-05-11 Published:2024-05-07
  • Supported by:
    This work was supported by the Opening Foundation of Shandong Geological and Mineral Construction Co., Ltd. (LNYQ-2021-Z09) and the Key R&D Plan Project in Hubei Province (2023BAB099).

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摘要： 复杂地质环境下采用简化的几何体代替真实形态的隐伏溶洞进行数值分析，往往难以反映真实的工程特性，自然形成的溶洞形态在几何方面无明显规律性，导致溶洞形态特征的定量化表征问题一直未被很好的解决，为此，针对复杂地质环境下钻孔围岩隐伏溶洞轮廓的几何形态特征定量化研究中缺少系统性研究问题，提出了基于定向声波扫描的钻孔围岩隐伏溶洞表征与分析方法。首先，在利用钻孔定向声波扫描技术获取基础数据的基础上，构建同一钻孔中不同隐伏溶洞的轮廓坐标化准则。随后，在钻孔围岩隐伏溶洞定量表征方面，分别提出了隐伏溶洞水平方向结构表征方法与垂直方向结构表征方法，实现了隐伏溶洞的全方位定量化表征；在钻孔围岩隐伏溶洞统计分析方面，提出了水平全方位占比指数、远离占比指数和深度占比指数，能够从钻孔角度来统计分析钻孔不同深度、周围不同位置的隐伏溶洞情况。最后，结合实际工程案例进行了综合分析，并与其他方法进行了对比验证，证明了提出的方法能够为岩溶地区地质工程中工程勘察和数值模拟提供更多的定量化数据，是溶洞地区的开发与资源利用技术中的一种全新定量化分析方法，具有广阔的应用前景。

关键词: 声波扫描, 隐伏溶洞, 围岩结构, 定量表征, 溶洞分析

Abstract: In complex geological environments, the use of simplified geometric bodies instead of real hidden karst caves for numerical analysis often fails to reflect real engineering characteristics. The naturally formed karst cave morphology lacks obvious geometric regularity, posing challenges in quantifying the characteristics of karst cave morphology. To address the lack of systematic research in the quantitative study of geometric features of hidden karst caves, this paper proposes a characterization and analysis method for hidden karst caves in borehole surrounding rock based on directional acoustic scanning. Initially, the paper utilizes borehole directional acoustic scanning technology to obtain basic data, and constructs the contour coordinate criteria for different hidden karst caves in the same borehole. Subsequently, the paper proposes horizontal and vertical structural characterization methods of hidden karst caves for quantitative characterization of the surrounding rock. The proposed methods achieve comprehensive quantitative characterization of hidden karst caves. For statistical analysis of hidden karst caves in the borehole surrounding rock, the paper introduces the horizontal omnidirectional proportion index, far-away proportion index, and depth proportion index, which can statistically analyze the distribution of hidden karst caves at different depths and surrounding locations from the borehole perspective. Finally, combined with practical engineering cases, a comprehensive analysis is carried out, which compared and validated with other methods. It can prove that the method described in this paper can provide more quantitative data for engineering investigation and numerical simulation in geological engineering in karst areas. It presents a new quantitative analysis method in the development and resource utilization technology of karst cave areas, with broad application prospects.

Key words: acoustic scanning, hidden karst caves, surrounding rock structure, quantitative characterization, karst cave analysis

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[1] 骆赵刚, 汪时机, 杨振北, . 膨胀土湿干胀缩裂隙演化及其定量分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2313-2323.
[2] 程选生 ，郑颖人 ，田瑞瑞. 隧道围岩结构地震动稳定性分析的动力有限元强度折减法[J]. , 2011, 32(4): 1241-1248.
[3] 程选生，郑颖人. 地震作用下无衬砌黄土隧道围岩结构安全系数的计算探讨[J]. , 2011, 32(3): 761-766.
[4] 宋战平 ，綦彦波 ，李 宁,. 顶部既有隐伏溶洞对圆形隧道稳定性影响的数值分析[J]. , 2007, 28(S1): 485-489.
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[1] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[2] 黄平路，陈从新，肖国峰，林 健. 复杂地质条件下矿山地下开采地表变形规律的研究[J]. , 2009, 30(10): 3020 -3024 .
[3] 周晓杰，介玉新，李广信1. 基于渗流和管流耦合的管涌数值模拟[J]. , 2009, 30(10): 3154 -3158 .
[4] 杨有莲，朱俊高，余 挺，吴晓铭. 土与结构接触面力学特性环剪试验研究[J]. , 2009, 30(11): 3256 -3260 .
[5] 潘 岳，王志强，李爱武. 岩石失稳破裂的综合刚度和综合能量准则[J]. , 2009, 30(12): 3671 -3676 .
[6] 苑春方，彭苏萍，吕 焱，王晓伟，蔡利文. Whitcombe扩展弹性波阻抗公式的改进[J]. , 2009, 30(12): 3710 -3714 .
[7] 于清高，邵生俊，佘芳涛，张建辉. 真三轴条件下Q2黄土的破坏模式与强度特性研究[J]. , 2010, 31(1): 66 -70 .
[8] 吴 健，谢新宇，朱向荣. 饱和土体一维复杂非线性固结特性研究[J]. , 2010, 31(1): 81 -86 .
[9] 汪莹鹤，王保田，安彦勇. 基于CPT资料的土性参数随机场特性研究[J]. , 2009, 30(9): 2753 -2758 .
[10] 赵旭峰，孙 钧. 海底隧道风化花岗岩流变试验研究[J]. , 2010, 31(2): 403 -406 .
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