文档介绍：第一章声波探测
声波探测:用声波仪测试声源激发的弹性波在岩体(岩石)中的传播情况,借以研究岩体(岩石)的物理性质和构造特征的方法
与地震勘探对比:
相同点:以弹性理论作为本方法的理论基础。
不同点:
(1)利用的是频率大大高于地震波的声波或超声波,其频率一般为一千赫兹至几兆赫兹。
(2)由于声波的频率高、波长短、受岩石的吸收和散射比较严重,因此声波探测对岩体的了解较为细致而探测范围较小
目前在工程地质勘探中解决下列地质问题:
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,为确定合理的衬砌厚度和锚杆长度提供依据;
、剪切模量等;
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、溶洞的位置及规模,张开裂隙的延伸方向及长度等;
、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;
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声波仪的主要部件
声波仪的基本原理
声波仪的主要部件及其功用声波仪是声波探测使用的仪器。声波仪有多种型号,主动测试的仪器一般都由发射系统和接收系统两大部分组成。所示,发射系统包括发射机和发射换能器,接收系统包括接收机和接收换能器。
根据发射和接收换能器之间的距离,及声波在岩体中的旅行时间t ,即l可由下式计算被测岩体的波速V
电声换能器的工作原理
换能器种类繁多,性能各异。声波探测使用的是电声换能器,它是声波仪的重要组成部分。
发射换能器:可以将发射机送来的电能转换为弹性振动形式的机械能,从而产生声波和超声波;
接收换能器:将接受到的岩体中的弹性波转换为电能,然后输送给接收机。
喇叭式换能器结构示意图
声波探测的工作方法
常用的几种现场工作方式示意图
声波探测在工程地质中的应用
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,对于工程围岩稳定性的评价以及进行工程设计和施工等都是极其重要的基本数据,需要予以测定。这项工作是声波探测的一项重要内容,无论在室内或现场均可进行。
目前对动、静弹模之间的关系在理论研究方面还不够充分。进行动、静弹模对比换算时,一般是采用动和静两种测试的结果,通过对大量资料的对比统计,寻求二者之间的数字相关函数。
静、弹模关系曲线
是黄河某坝区花岗岩和F18 断层面砾岩中的纵波速度V p 与动、静弹模及形变模量之间的关系曲线。这些曲线是根据实测资料通过对比统计而绘制的。
围岩应力松弛带的测定
在硐室开挖前,岩体中应力处于平衡状态;开挖后,原始的应力平衡被破坏,引起了应力的重新分布,导致应力的释放与集中。
这种变化随岩体性质、硐室形态、在岩体中的位置、硐径大小等不同而异。
圆形隧道应力分布曲线图
单孔现场测试示意图
所示。垂直于硐壁布置若干组测孔。每组1 个(或2 个)测孔,孔深为硐径的1—2 倍。
在硐壁应力下降区,岩体裂隙破碎,以致波速减小,振幅衰减较快。反之,在应力增高区,应力集中,波速增大,振幅衰减较慢。因此利用声波速度随孔深的变化曲线,可以确定松弛带的范围。
展示了几种常见的V p - L 曲线类型。其中
VP >V0 的曲线(曲线1、2),表明无松弛带;
VP <V0 的曲线(曲线3、4)和多峰值曲线(曲线5),则表明存在应力松弛带。
解释时,由V p -L 曲线图中A 点的坐标L1 值确定松弛带的厚度。