文档介绍：岩土工程监测技术
1超声波/声波
声波/超声波应用于岩体探测从20世纪60年代末发展起来。用于确定围岩开挖的损伤程度及形态。相似的测量仪器为震速测量。
声波/超声波工程探测是通过探测声波/超声波在岩体内的传播特征(波速或振幅变化)来研究岩体性质和完整性的一种物探方法。声波在岩体中传播时,如果在其传播路径存在裂缝,声波就会在裂缝处发生绕射,使得传播距离增大,走时增加,波速下降。声波测试具有轻便简洁、快速经济、测量精度高、易于控制。
声波探测的实质, 是利用超声波通过介质时, 波速振幅、频率等的变化情况来研究介质的性态,如密度、应力状态、裂隙发育和介质完整性等。理论研究表明, 纵波波速与岩体物理力学参数有如下关系:
图1 声波速度随孔深变化关系
(场地要求)及使用方法(布置简图)
《硐室巷道围岩松弛范围的超声波测试》(张世雄2005)采用武汉岩土所研制RSM-SY5仪器进行了测量。
该仪器指标如下:
该系列仪器目前发展到RSM-SY7,如下图:
图 2 RSM-SY7和RSM-SY6
声波仪输出的电能由发射探头F 转换成超声波发射出去,经水耦合,在孔壁周围岩体内产生的纵波沿钻孔轴向传播,接收探头S1 和S2 依次接收岩体内传来的经水耦合的纵波,然后把接收到的声波转换成电能传输到声波仪,由声波仪进行放大、滤波、整形处理后输入电子计算机。
目前在硐室巷道内用超声波检测围岩松动圈范围的方法较成功的有两种:单孔测试法、双孔测试法。
单孔测试法就是在待测的硐室巷道断面上确定测试点, 然后在测试点处用凿岩机打孔, 孔的深度可根据现场的情况而定,然后将圆管状声波探头置入钻孔内,孔内注满水以使探头与孔壁岩体有良好的声耦合。逐点测试,直到各个测点测试完毕。
双孔测试法就是在待测的硐室巷道断面上打两个平行的钻孔,然后将两只圆管声波探头
( 一个为发射探头,另一个为接收探头) 分别置于两个钻孔底部,孔内注满水使探头与孔壁有良好的声耦合。在测试时使两探头同步沿钻孔轴向移动,以保证两个探头始终处在同一深度。
图3 单、双孔测量
采用单孔法进行测试可减少钻孔工作量, 且测试操作过程简单, 易于把握。而双孔测试法, 两个探头的平行度( 同步) 不容易掌握,造成测试误差大的机率高。
图 4现场声波监测示意图
操作步骤:,
, 并接长水管。
, 在用气筒对气囊充气时用水泵对测孔注水。
, 即可测得该点的纵波波速。
, 移出探头20 cm, 充气、注水, 进行下一点的测试, 直到完成。
瑞士Mont Terri,
法国Bure地下实验室,shao
Tournemire
ASPO HRL ZEDEX二期
Zedex:震速测量:BGR迷你声探(低频);包括一个源,一个气动锤和两个相距10cm每
个均含两个压电接收器。
震速各项异性测量:在交叉钻孔处利用两个大速记录钻孔探测仪器,以此确定震速各向异性。探测仪含:1mhz传感器,传输器及一个接受器。相距10cm
孔内需注水耦合,应设专门钻孔或将该试验放在其他试验之后。由于超声波测速需要加水耦合,可考虑采用带有产生振动设备的振动测速仪器。
A 各个钻孔均进行波速测试。
B 开挖断面同一钻孔开挖前后多次测试,监测波速变化,了解各部分发展扰动区随时间发展情况,并与其他监测方式对应。
2微震/声发射
20世纪50年代Kaiser效应被发现以来,声发射/微震广泛应用于无损检测、油气勘探、地热开发、核废料处置。声发射技术已经成为人们研究岩石损伤与断裂的重要手段。
微地震是岩石材料变形、裂纹开裂及扩展过程的伴生现象,它与围岩结构的力学行为有着密切的相关性,因而信号中包含了大量的关于围岩受力破坏以及地质缺陷活化过程的有用信息。通过在采动区顶板和底板内布置多组检波器并实时采集微震数据,经过数据处理后,采用震动定位原理,可确定破裂发生的位置,并在三维空间上显示出来,以此推断岩石材料的力学行为,估测岩体结构是否发生破坏。与传统技术相比,微震定位监测具有远距离、动态、三维、实时监测的特点。这种技术是在近几年来计算机和数据采集技术快速发展的基础上产生的,它为研究覆岩空间破裂形态和采动应力场分布提供了新的手段。
材料在外界应力作用下会引起微裂隙的产生与扩展,在这个过程中伴有弹性波或应力波的传播产生声发射(Acoustic Emission)。对于工程岩体,这种波在地质上也称为微地震(Microseismic),能够在周围岩体中快速释放和传播