文档介绍:该【声波探测公开课获奖课件赛课一等奖课件 】是由【读书之乐】上传分享,文档一共【25】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【声波探测公开课获奖课件赛课一等奖课件 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。用声波仪测试声源激发的弹性波在岩体(岩石)中的传播状况,借以研究岩体(岩石)的物理性质和构造特征的措施,称为声波探测。
与地震勘探的异同:
(1) 相似点
它和地震勘探同样,也是运用岩石弹性的物探措施,并且都以弹性波理论作为本措施的理论基础。
(2) 区别
,其频率一般为一千赫兹至几兆赫兹。
,由于声波的频率高、波长短、受岩石的吸取和散射比较严重,因此声波探测对岩体的理解较为细致而探测范围较小,但具有简便、迅速、经济、便于反复测试、对测试的岩体(岩石)无破坏作用等长处。
第四章 声波探测
1
声波探测的分类:
声波探测可分为积极测试和被动测试两种工作措施。积极测试所运用的声波由声波仪的发射系统或槌击方式产生;被动测试的声波则是岩体遭受自然界的或其他的作用力时,在变形或破坏过程中由它自身发出的(如滑坡)。
积极测试包括波速测定,振幅衰减测定和频率测定,其中最常用的是波速测定。
声波探测的应用:
目前在工程地质勘探中,已较为广泛地采用声波探测处理下列地责问题:
1.根据波速等声学参数的变化规律进行工程岩体的地质分类;
2.根据波速随岩体裂隙发育而减少及随应力状态的变化而变化等规律,圈定开挖导致的围岩松驰带,为确定合理的衬砌厚度和锚杆长度提供根据;
3.测定岩体或岩石试件的力学参数如杨氏模量、剪切模量和泊松比等;
4.运用声速及声幅在岩体内的变化规律进行工程岩体边坡或地下硐室围岩稳定性的评价;
5.探测断层、溶洞的位置及规模,张开裂隙的延伸方向及长度等;
6.运用声速、声幅及超声电视测井的资料划分钻井剖面岩性,进行地层对比,查明裂隙、溶洞及套管的裂隙等;
7.划分浅层地质剖面及确定地下水面深度;
8.天然地震及大面积地质灾害的预报。
2
一、声波探测原理
声波仪是声波探测使用的仪器。声波仪有多种型号,积极测试的仪器一般都由发射系统和接受系统两大部分构成。发射系统包括发射机和发射换能器,接受系统包括接受机和接受换能器。
发射机是一种声源讯号的发射器,由它向压电材料制成的换能器(图中的1)输送电脉冲,鼓励换能器的晶片,使之振动而产生声波,向岩体发射。于是声波在岩体中以弹性波形式传播,然后由接受换能器(图中的2)加以接受,该换能器将声能转换成电子讯号送到接受机,经放大后在接受机的示波管屏幕上显示波形。
喇叭式换能器构造示意图
第一节 声波探测原理及工作措施
3
根据发射点和接受点之间的距离l,及声波在岩体中的旅行时间t,即可由下式计算被测岩体的波速V
通过调整游标电位器,可在数码显示屏上显示波至时间。若将接受机与微机连接,则可对声波讯号进行数字处理,如频谱分析、滤波、初至切除、计算功率谱等。并可通过打印机输出原始记录和成果图件。
4
二、声波探测的工作措施
1.测网的布置
测网的布置一般应选择有代表性的地段,力争以至少的工作量处理较多的地责问题。
测点或观测孔的布置一般应选择在岩性均匀、表面光洁、无局部节理裂隙的地方,以避免介质不均匀对声波的干扰。假如是为了探测某一地质原因,测量地段应选在其他地质原因基本均匀的地方,以减少多种地质原因变化引起的综合异常给资料解释带来困难。装置的距离要根据介质的状况、仪器的性能以及接受的波型特点等条件而定。
2.工作方式
声波探测中,声波信息的运用至今还很不完善。因纵波较易识读,目前重要是运用纵波进行波速的测定。试验证明,运用声辐探测不持续面(如节理、裂隙、破碎带)时,敏捷度较高。横波的应用往往因识读困难受到一定的限制。
在纵波测试中,最常用的是直达波法(直透法)和单孔初至折射波法(一发二收或二发四收),如下图所示
5
6
第二节 声波探测在工程和环境检测中的应用
一、岩体力学参数的测定
岩体的弹性模量,泊松比,抗压强度等力学参数的测定是声波探测的一项重要内容,无论在室内或现场均可进行。
对于同一岩体(岩石),弹模数值除了与岩性有关外,还随加载的方式不一样而异。用静测试的措施叫做静力法,测得的弹模称静弹模量,以E s表达。在迅速瞬间加载状况下的测试措施,叫做动力法,测得的弹模称为动弹模量,以Em表达,
E s与E m是在不一样物理条件下测出的,一般Em>Es。动力法和静力法测试各有优缺陷。静力法测得的值 E s与基础荷载条件相近,但花费人力、物力和财力,并且试验设备粗笨,测试时间长,因此只能选择有代表性的少数经典地段进行测试。且由于静力法在一种测点上应力影响的范围有限,少数地段的测试,只能反应岩体局部的变形特点,因而往往不能满足工程设计的数量规定。
7
动力法测试具有设备轻巧,测试简便,经济迅速,可大量施测等长处,并且近代许多工程建筑还要考虑动力的特点,因此声波(或地震勘探)测出的动弹模量具有实用价值。
不过目前工程设计人员一般还是规定给出与基础荷载条件相近的静弹模量值,因此往往要把声波或地震勘探测得的动弹模量换算成静弹模量。
目前对动、静弹模之间的关系,一般是采用动和静两种测试的成果,通过对大量资料的对比记录,寻求两者之间的数字有关函数Es=f(Ed),如右图所示:
动弹性参数用速度、密度参数表达的计算式,如下所示,
8
二、岩体的工程地质分类
为了评价岩体质量,理解硐室及巷道围岩的稳定性,合理选择地下硐室或巷道的开挖方案、设计合理的支衬方案,都必须对岩体进行工程地质的分类。
岩体的成因、类型、构造面特征、风化程度等地质原因,直接影响着岩体的力学性质,而岩体的力学性质又与声波在岩体中的传播规律有着亲密的联络,这就是声波探测之因此能作为岩体分类重要手段的物理前提。
目前对岩体进行工程地质分类的声学参数重要是纵波速度vp,此外尚有弹性模量E,裂隙系数Ls、完整性系数Kw、风化系数β以及衰减系数α等
9
1.纵波速度
岩体新鲜、完整、坚硬、致密,波速就高;反之,岩体破碎、构造面多、风化严重,波速就低。由于波速是反应岩体强度的多种地质原因综合影响的参数,因此它是进行岩体工程地质声学分类时的最基本的必要参数。
岩体的纵波速度与其抗压强度成近于正比的关系。
10