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一、圍巖造縫評價的背景與意義
圍巖是指地下工程開挖后周圍受擾動的巖體。在施工或運營過程中,圍巖常受到以下應力作用:
·開挖擾動:如隧道掘進、礦房回采等引起的應力重分布;
·水力壓裂:如儲層改造、地熱開發中的人工造縫;
·爆破震動:采礦或基礎工程中的沖擊載荷;
·長期荷載:如地下水滲流、地應力變化引起的時效變形;
·循環應力:如交通荷載、地震波反復作用。
這些應力作用會導致圍巖內部裂隙擴展、孔隙結構變化,甚至誘發失穩破壞。因此,開展圍巖造縫評價,不僅有助于預測圍巖穩定性,還能為支護設計、災害防控提供科學依據。
二、圍巖造縫評價的路徑:裂隙與孔隙發育分析
圍巖造縫評價主要圍繞以下兩個方面展開:
1. 裂隙評價
裂隙是圍巖中結構面發育的主要形式,其分布密度、連通性、開度等參數直接影響巖體的強度與滲透性。裂隙評價方法包括:
·宏觀裂隙統計:通過地質雷達、鉆孔攝像等手段獲取裂隙分布;
·微觀裂隙分析:借助掃描電鏡、CT掃描等手段觀察微裂隙結構;
·動態裂隙監測:實時追蹤裂隙擴展過程,如聲發射、數字圖像相關(DIC)技術。
2. 孔隙發育分析
孔隙是圍巖中流體儲存與運移的空間,其大小、分布、連通性等參數決定了巖體的滲流特性。孔隙發育分析手段包括:
·壓汞法:測量孔隙大小分布;
·氣體吸附法:評估微孔與介孔特征;
·核磁共振(NMR):通過弛豫時間分析孔隙結構與流體分布。
裂隙與孔隙發育相互影響,共同構成圍巖的“雙重介質"結構。因此,綜合裂隙評價與孔隙發育分析,是圍巖造縫評價的路徑。
三、低場核磁共振技術在圍巖造縫評價中的應用
低場核磁共振(LF-NMR)技術憑借其無損、高精度、動態監測等優勢,近年來在圍巖造縫評價中展現出巨大潛力。
相比傳統裂隙探測技術,低場核磁具有以下突出優勢:
動態原位監測:可實時追蹤圍巖在應力作用下裂隙萌生、擴展及孔隙結構演化的全過程;
恒定梯度分層技術:通過施加恒定磁場梯度,實現高分辨率分層測試,最短分層厚度可達5mm;
多場景適應性強:適用于壓裂、驅替、三軸試驗、應力損傷、爆破等多種造縫場景;
無損檢測:不破壞樣品結構,可重復測試,適合長期演化研究。
圍巖造縫評價是地下工程安全與穩定性的重要保障。低場核磁共振技術憑借其動態原位監測、高分辨率分層、多場景適應等優勢,正在成為裂隙評價與孔隙發育分析的核心工具。隨著技術的不斷進步,它將在隧道工程、礦山開采、地下儲氣庫等領域發揮越來越重要的作用,推動圍巖造縫評價從“靜態描述"向“動態預測"跨越,為工程安全與資源高效開發提供科學保障。