同济大学土木工程课件4声波测试技术与声发射监测技术

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1、GaoSuGongLu第四章声波测试技术SACE7/8/20211*§4-0概述弹性波：振动在弹性介质中的传播，形成了弹性波声波是弹性波的一种声波的概念（20－20000HZ）声波是介质中振动的质点，将振动的能量传递给给周围的质点，引起周围质点的振动，从而以波动的形式将声能向外传播。声波测试的应用依据：目前所用的声波测试方法，以测量声波在介质中传播的时间和在介质中传播一定距离后脉冲（或振幅）的衰减值为依据.7/8/20212*声波测试技术：岩体声波探测技术是以人工的方法，向介质(岩石和岩体)辐射声波，观察声波在介质中传播的情况和特性。由于介质的物理性质不同，其传播速度等

2、参数也不相同。应用这个基本原理，作为分析或测定岩体的物理性质和力学性质的依据。特点属于无损检测的方法。§4-0概述7/8/20213*应用：1．利用声波参数，对工程岩体进行分类、分级；2．评价地下工程围岩的稳定性；3．工程地质勘探钻孔及孔间地质剖面分层，确定风化层厚度；4．岩石和岩体的物理力学性质的测定；5．岩体中存在缺陷的探测；6．工程岩体施工及加固措施效果的检测。§4-0概述7/8/20214*波动方程：拉密运动方程§4-1声波的传播规律7/8/20215*拉密运动方程的推导X方向的平衡方程：X方向上利用牛顿第二定律§4-1声波的传播规律7/8/20216*拉密运动

3、方程的推导三个方向的运动方程：弹性介质本身的特性§4-1声波的传播规律7/8/20217*拉密运动方程的推导三个方向的运动方程：代入整理可得§4-1声波的传播规律7/8/20218*1）纵波传播速度推导定义：质点振动方向与波的传播方向一致。纵波波速§4-1声波的传播规律7/8/20219*2）横波传播速度推导定义：沿质点振动方向与波的传播方向垂直。§4-1声波的传播规律横波波速7/8/202110*3表面波定义：沿介质表面和交界面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波（也称瑞利波，R波）。注意面波与纵波和横波传播介质区别：R波在层状介质中传播。而纵波和横波是在均匀介质中传播

4、。R波波速估算：§4-1声波的传播规律7/8/202111*三种波波速的关系§4-1声波的传播规律7/8/202112*4波速度比较纵波和横波注意：①利用各种波的速度差异，可以帮助在记录中识别各种波。②实际应用时，由于S波发生和接受均较困难，故一般多利用P波进行测试（但不是绝对的）。对多数岩石，泊松比约为0.25,纵波速度大于横波速度，故纵波又称P波（Primary，初至波）；横波又称S波（Secondary，次至波）。§4-1声波的传播规律7/8/202113*§4-2声波探测技术1声波的利用：波速、振幅、频率、波形等；目前利用最多的是波速，特别是纵波波速。2弹性参数

5、：7/8/202114*2影响岩体（石）波速的主要因素：(1)岩石越致密，岩体声速越高。(2)结构面的存在，使得声速降低。使声波在岩体中传播时存在各向异性。(4)岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低。(5)应力的关系：压应力方向上声波速度高。(6)孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩体波速高。§4-2声波探测技术7/8/202115*3声波探测仪器设备和使用岩体声波探测是声波发射、传播及接受显示的过程,声波探测仪由发射换能器、接收换能器和声波仪组成。§4-2声波探测技术7/8/202116*3声波探测仪器设备和使用（1）换能器的布置方法：穿透法室内实验现

6、场测试:双孔孔间穿透法§4-2声波探测技术7/8/202117*反射法TR界面1界面2界面3深度时间目的物反射法§4-2声波探测技术7/8/202118*剖面法：§4-2声波探测技术7/8/202119*5声波测试的应用:地质工程岩土工程结构工程1地质工程：1）围岩松弛带的测试§4-2声波探测技术岩体完整,节理裂隙,可认为未有松驰带。波速与孔深的关系洞壁出现应力集中现象,岩体保持完整。松弛带应力上升原始应力带应力集中现象不明显,近洞壁岩体完整性降低,存在松驰带7/8/202120*1地质工程：2）评价完整性程度，估算岩体强度。§4-2声波探测技术Cm>0.750.75>

7、Cm>0.45Cm<0.45完整性好完整性较好完整性差据完整性系数进行岩体质量分级工程岩体分级标准GB50218-94公路隧道围岩分类规范(JTJ026—090)7/8/202121*1地质工程：2）评价完整性程度，估算岩体强度。§4-2声波探测技术试块强度———声波测试———岩体强度7/8/202122*1地质工程：3）声波测井§4-2声波探测技术7/8/202123*2岩土工程：1）岩土体力学参数确定§4-2声波探测技术7/8/202124*2岩土工程：1）岩土体力学参数确定§4-2声波探测技术7/8/202125*2岩土工程：2）桩