专利摘要
本发明公布了一种原位岩体各向异性波速场的测量方法，包括以下步骤：现在工程岩体的临空壁面钻孔，包括三个信号接收孔和一个信号发射孔，在三个信号接收孔内放入弹性波接收探头，在信号发射孔内放入弹性波发射探头，获得三个弹性波接收探头的坐标，移动弹性波发射探头的位置，弹性波发射探头在不同位置时，发射弹性波，弹性波接收探头接收弹性波，根据探头的坐标和发射弹性波与接收弹性波间的时间差，建立模型，获得弹性波发射探头在不同位置与弹性波接收探头围成的区域内的岩体各向异性波速场。本发明克服现有岩体弹性波波速测量方法只能测量沿钻孔轴线方向的波速的不足，实现对工程岩体波速的三维测量，建立工程岩体的各向异性波速场。
权利要求
1.一种原位岩体各向异性波速场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.在待测量的工程岩体的临空壁面上钻取三个信号采集孔，三个信号采集孔垂直于临空壁面或者在岩体内部发散倾向分布，在三个信号采集孔之间围合成的三棱柱空间中再钻取信号发射孔，信号发射孔分布在三棱柱空间内部与信号采集孔隔离；
B.以垂直于临空壁面的轴线为z轴，临空壁面为x-y平面建立坐标系，测量所述信号发射孔、信号采集孔与x、y、z轴的倾斜角余弦值；在各信号采集孔内分别布置弹性波接收探头，并记录所述弹性波接收探头的布置深度，三个弹性波接收探头在三棱柱空间内构成信号接收平面；在信号发射孔内布置弹性波发射探头，并记录所述弹性波发射探头的布置深度L
C.将三个弹性波接收探头的数据线接入弹性波接收系统，弹性波发射探头的数据线接入弹性波发射系统，两个系统同步时钟；使弹性波发射探头发射弹性波，三个弹性波接收探头接收弹性波，通过弹性波接收系统分别自动记录三个弹性波接收探头接收到的弹性波首次到达时刻分别为t
D.再改变所述弹性波发射探头的布置深度为L
E.弹性波发射探头发射弹性波，通过弹性波接收系统分别自动记录三个弹性波接收探头接收到的弹性波首次到达时刻分别为t
F.在执行步骤B及步骤D后依据信号发射孔、信号采集孔与x、y、z轴的倾斜角及所述弹性波接收探头、弹性波发射探头的布置深度，计算所述弹性波接收探头的坐标，输出弹性波接收探头和弹性波发射探头的坐标Q
G.计算测量出的波速和波速传播方向的方向余弦
当弹性波发射探头处于坐标Q
当弹性波发射探头处于坐标Q
按以下计算公式进行程序计算
其中x
H.计算岩体弹性波波速场，岩体弹性波波速场为张量[V]，
建立岩体弹性波波速场模型：
v＝n*[V]*n
式中：n为波速传播方向的方向余弦，
所述岩体具有各项异性的特征，a
在岩体弹性波波速场模型中输入方向余弦txt文件得到
a
a
a
a
a
a
求解出a
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号采集孔、信号发射孔与x、y、z轴的倾斜角余弦值采用以下方法获得：
K.使用全站仪测量出三个信号接收孔和一个信号发射孔的孔口中心在所述坐标系中的坐标c
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤F中在输出弹性波接收探头和弹性波发射探头的坐标Q
Q
输入信号采集孔、信号发射孔与x、y、z轴的倾斜角余弦值，及弹性波发射探头或弹性波接收探头的布置深度L
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三棱柱空间位于临空壁面的端面为锐角三角形。
说明书
技术领域
本发明涉及一种工程原位岩体各向异性波速场测量方法，更具体涉及利用弹性波测量获得工程原位岩体的各向异性波速场的测量方法，属于岩体工程技术领域。
背景技术
随着国家经济的腾飞，土木建筑行业的快速发展，工程建设的高度、深度、难度不断刷新纪录，为了保证工程安全顺利的建设，势必要求获取高质量的工程地质勘察结果，不准确的工程地质勘察结果将对工程建设造成巨大损失，因此工程地质勘查是工程建设的基础性环节。目前，岩体弹性波波速探测法是一种常用的工程地质勘查方法，通过声波发射探头发射超声波，经岩体传播至声波接收探头，通过两个测量探头距离和弹性波传输的时差计算出传输方向上岩体弹性波波速。该方法是一种无损方法，能够很好的计算出岩体弹性波波速，而且岩体弹性波波速与岩体物理力学性质、岩体结构有密切关联特性，因而能通过岩体弹性波波速能够对岩体进行岩体质量分级，为工程地质勘察提供依据。
目前，进行的许多岩体弹性波波速的测量方法都是通过钻取测试孔，依次推动声波探头发射超声波，获取沿钻孔深度变化的弹性波波速：
(1)《岩石力学与工程学报》，2018年第37卷第11期，题名“基于岩体完整性评价的超声-地震波速度跨尺度装换方法研究”，作者张程远等，该研究利用钻孔岩心实测超声波波速数据开获取地下介质地震波速，并利用钻孔岩心图像确定岩体体积节理数和岩体完整性系数，将岩快的地震波速转换为岩体地震波速，但是该研究仍然只能获取沿钻孔轴线方向的波速。
(2)《人民长江》，第2018年第49卷增刊(2)，题名“基于岩体波速正态分布拟合的岩体质量分级”，作者刘海涛，该研究采用最小二乘法拟合正态分布概率密度函数，能够很好地模拟岩样的声波测试结果，进而利用正态分布概率密度函数中的期望值和标准差来进行波速分段，确定岩体质量分级标准，该研究获取的波速数据仍然是沿钻孔轴线方向的波速。
(3)中国专利公开号CN 108872391公开日2018.11.23，发明名称为“用于评价岩体稳定状态的物探分析方法”，该发明利用弹性波波速对岩体松弛程度进行划分，判断岩体是否存在新增的微裂隙，获取待测岩体的稳定状态，但该发明使用的弹性波波速仍然是钻孔轴线方向的波速，仍然是一维的弹性波波速。
上述技术应用现状分析表明，目前关于使用岩体弹性波进行岩体质量分级、确定岩体完整性系数等研究都取得了一定进展，且为工程地质勘察提供了一些参考意义。然而，受复杂层理、节理、裂隙等地质成因和后期构造影响，工程原位岩体是具有各向异性的，因而工程原位岩体的波速应具有各向异性的特点，即在不同方向具有不同的波速，仅仅通过获取的沿孔径深度方向波速来进行岩体质量分级、确定岩体完整性系数是不严谨的。综合看来，开展岩体各向异性弹性波波速场的三维测量方法和计算方法是亟需的。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种原位岩体各向异性波速场的测量方法，旨在克服现有岩体弹性波波速测量方法只能测量沿钻孔轴线方向的波速的不足，实现对工程岩体波速的三维测量，建立工程岩体的各向异性波速场。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种原位岩体各向异性波速场测量方法，包括以下步骤：
A.在待测量的工程岩体的临空壁面上钻取三个信号采集孔，三个信号采集孔垂直于临空壁面或者在岩体内部发散倾向分布，在三个信号采集孔之间围合成的三棱柱空间中再钻取信号发射孔，信号发射孔分布在三棱柱空间内部与信号采集孔隔离；
B.以垂直于临空壁面的轴线为z轴，临空壁面为x-y平面建立坐标系，测量所述信号发射孔、信号采集孔与x、y、z轴的倾斜角余弦值；在各信号采集孔内分别布置弹性波接收探头，并记录所述弹性波接收探头的布置深度，三个弹性波接收探头在三棱柱空间内构成信号接收平面；在信号发射孔内布置弹性波发射探头，并记录所述弹性波发射探头的布置深度L4，使信号接收平面处于弹性波发射探头和工程岩体临空壁面之间；
C.将三个弹性波接收探头的数据线接入弹性波接收系统，弹性波发射探头的数据线接入弹性波发射系统，两个系统同步时钟；使弹性波发射探头发射弹性波，三个弹性波接收探头接收弹性波，通过弹性波接收系统分别自动记录三个弹性波接收探头接收到的弹性波首次到达时刻分别为t1,t2,t3，弹性波发射系统记录弹性波发射探头发射弹性波的时刻ta；
D.再改变所述弹性波发射探头的布置深度为L5，使弹性波发射探头处于信号接收平面和工程岩体临空壁面之间；
E.弹性波发射探头发射弹性波，通过弹性波接收系统分别自动记录三个弹性波接收探头接收到的弹性波首次到达时刻分别为t4,t5,t6，弹性波发射系统记录弹性波发射探头发射弹性波的时刻为tb；
F.在执行步骤B及步骤D后依据信号发射孔、信号采集孔与x、y、z轴的倾斜角及所述弹性波接收探头、弹性波发射探头的布置深度，计算所述弹性波接收探头的坐标，输出弹性波接收探头和弹性波发射探头的坐标Q1,Q2,Q3,Q4,Q5至坐标txt文本文件，其中Q1,Q2,Q3为弹性波接收探头的坐标Q1＝(x1,y1,z1),Q2＝(x2,y2,z2),Q3＝(x3,y3,z3)，Q4为弹性波发射探头在深度为L4时的坐标Q4＝(x4,y4,z4)，Q5弹性波发射探头深度为L5时的坐标Q5＝(x5,y5,z5)；
G.计算测量出的波速和波速传播方向的方向余弦
当弹性波发射探头处于坐标Q4位置时，输入ta,t1,t2,t3，及坐标txt文本文件，计算弹性波发射探头与三个弹性波接收探头之间的波速v1,v2,v3,根据弹性波发射探头与三个弹性波接收探头的距离d4-i计算v1,v2,v3传播方向的方向余弦n1,n2,n3,n1＝(l1,m1,k1)，n2＝(l2,m2,k2)，n3＝(l3,m3,k3)；
当弹性波发射探头处于坐标Q5位置时，输入tb,t1,t2,t3，及坐标txt文本文件，计算弹性波发射探头与三个弹性波接收探头之间的波速v4,v5,v6,根据弹性波发射探头与三个弹性波接收探头的距离d5-i计算v4,v5,v6传播方向的方向余弦n4,n5,n6，n4＝(l4,m4,k4)，n5＝(l5,m5,k5)，n6＝(l6,m6,k6)；
按以下计算公式进行程序计算
其中xi,yi,zi,i＝1,2,3为第i个弹性波接收探头的坐标，x4,y4,z4为弹性波发射探头在深度为L4时的坐标，x5,y5,z5为弹性波发射探头在深度为L5时的坐标，将计算结果v1,v2,v3，v4,v5,v6和n1,n2,n3，n4,n5,n6输出至方向余弦txt文件；
H.计算岩体弹性波波速场，岩体弹性波波速场为张量[V]，
建立岩体弹性波波速场模型：
v＝n*[V]*n
式中：n为波速传播方向的方向余弦，
所述岩石具有各项异性的特征，a12＝a21,a13＝a31,a23＝a32，
在岩体弹性波波速场模型中输入方向余弦txt文件得到
a11l1
a11l2
a11l3
a11l4
a11l5
a11l6
求解出a11,a22,a33,a21,a31,a32，得到[V]。
进一步地，所述信号采集孔、信号发射孔与x、y、z轴的倾斜角余弦值采用以下方法获得：
K.使用全站仪测量出三个信号接收孔和一个信号发射孔的孔口中心在所述坐标系中的坐标cj＝(cjx，cjy，cjz)，j＝1,2,3,4，在信号接收孔、信号发射孔内放入直径匹配且长度为1m圆柱，所述圆柱露出一半长度于信号接收孔、信号发射孔外，使用全站仪测量出圆柱前端面中心坐标dj＝(djx，djy
一种现场原位岩体各向异性波速场测量方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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