地质雷达测试巷道围岩松动圈的原理及应用1伍永平1，王俊超1,2，解盘石1（1.西安科技大学能源学院教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室，陕西西安710054；2.四川广旺集团船景煤业有限责任公司，四川宜宾，）摘要：地质雷达是目前国际上最先进的物探手段之一，在岩土工程界和矿山工程等领域得到了广泛应用。阐述了用地质雷达测试巷道围岩松动圈的基本原理，提出了松动圈的无损实测方法以及松动圈半径的理论计算方法。结合赵家坝3964巷道围岩松动圈探测实例,提出了松动圈雷达探测方法、图像分析及探测结果应用。结果表明,采用地质雷达探测巷道围岩松动圈是可行的,可以有效地指导巷道围岩的支护设计与施工。关键词：地质雷达；巷道围岩；松动圈；无损实测中图分类号：TD353文献标识码：BGeologicalradartestroadwaysurroundingrockloosecircletheoryandApplicationWuYong—ping1,WangJun—chao1,2,XiePan—shi1(1.Xi'anUniversityofScienceandTechnologyKeyWesternChinaLaboratoryofMiningandDisasterControlforMinistryofEducation,Xi’an710054,china；2.SichuanGuang-wangChuan-jingcoalLimitedLiabilityCompany,sichuanyibin625250)Abstract:Geologicalradarwascurrentlytheworld'smostadvancedgeophysicalprospectingmeansone,inrockandsoilengineeringandminingengineeringandotherfieldshadbeenwidelyapplied.Elaboratedwithgeologicalradartestroadwaysurroundingrockloosecircletheory,putforwardthenondestructivemeasurementmethodofloosecircleandloosecircleradiuscalculationmethod.AccordingtoZhaojiaba3964roadwaysurroundingrockloosecircledetectionexample,itputforwardtheloosecirclemethodofradardetection,imageanalysisanddetectionresults.Theresultsshowthat,usingthegeologicalradardetectionofroadwaysurroundingrockloosecirclewasfeasible,caneffectivelyguidetheroadwaysupportingdesignandconstruction.Keywords:Geologicalradar;Roadwaysurroundingrock;loosecircle;nondestructivetest巷道开挖后，破坏了原岩的应力平衡状态，围岩受力状态由三向变成了近似两向，导致围岩应力重新分布和局部应力集中，造成岩石强度较大幅度地下降。此时，最大主应力是沿巷道壁面的切线方向，巷道壁面切应力达到最大值;最小主应力是沿巷道的径向应力，径向应力在巷道周边为0，向围岩内部逐渐增大。若围岩中集中的应力值大于下降后的岩石强度，围岩将发生破坏，这种破坏从周边逐渐向深部扩展，直至达到新的三向应力平衡状态为止，此时围岩中出现了1个松弛破裂带，即围岩松动圈［1，2］。其力学特征表现为应力降低区即松动圈、塑性区及弹性区，如图1所示。1基金项目：国家自然科学基金项目（51074120）；陕西省教育厅重点实验室项目（08JZ01，08JZ02）作者简介：伍永平（1962-），男，陕西省汉中市人，教授，博导，从事矿山压力及巷道支护方面的研究。E-mail：136554061@qq.comTel：18283116823p－原始应力；t－切向应力；r－径向应力；pi－支护阻力；a－巷道半径；R－塑性区半径A－松动圈(破裂区)；B－塑性区；C－弹性区；D－原始应力区图1巷道围岩松动圈的形成过程示意图围岩松动圈是在地下工程中普遍存在的实际物理力学状态，对地下工程的稳定性影响较大，是指导地下工程加固的理论依据。对围岩松动圈的研究引起了国内外专家学者的高度重视，取得了许多有益的成果:在国外，太沙基(K.Terzaghi)和普氏(М.М.Протодьяконов)［3］观测到了围岩的松动状态(坍落拱)，首次提出了巷道围岩具有自承能力，至今仍在国内外浅部地下工程设计中广泛应用;在国内，董方庭教授等人经过长期研究，提出围岩松动圈支护理论［4］，在矿山工程中得到广泛应用。这些理论的运用，都以已知围岩松动圈的范围为前提，因此测试围岩松动圈具有较大的实际意义和应用价值。巷道围岩松动圈测试方法有很多，并随着科学技术的不断进步而发展完善，其中主要包括超声波探测法、多点位移计量测法、折射波法、地质雷达探测法等［5］。其中20世纪70年代末，长春煤炭研究所开发的“超声波...