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《岩体声波测试技术及其在巷道围岩岩体波速测试中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、铁道建筑2006年第10期RailwayEngineering37文章编号:1003-1995(2006)10-0037-04岩体声波测试技术及其在巷道围岩岩体波速测试中的应用马荣田(铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081)摘要:岩体声波测试技术是工程地质勘察和岩石力学研究的主要手段之一,目前已被国内外广泛应用。在对某大型矿山地下巷道的维护过程中,利用声波测试技术对地下巷道围岩进行了室内岩样波速测试,并采用干式单孔一发双收岩体声波测试法对地下巷道6大类围岩34个断面岩体进行了现场波速测试,通过数理统计和最大似然理论对采集的
2、岩体波速测试数据进行了分析,得到了围岩岩体波速Vp的数字特征值。关键词:声波测试巷道围岩岩体波速+中图分类号:TU45913文献标识码:BE[1~3]Vs=(5)1岩体声波测试技术的理论基础2Q(1+M)式中Q)))介质密度;111岩体中声波的形成E)))介质弹性模量;岩体可近似地看作弹性介质,在受到一个突施力M)))介质泊松比。的作用(外力场)后将发生运动和形变,这种形变将以将上述两式相除,得到纵波与横波速度比值为:弹性波的形式在介质内传播。声波传播遵循下面的弹Vp2(1-M)=(6)性波动方程:Vs(1-2M)25F2从上式可
3、见,纵波比横波传播快。对于大多数岩Q2=(K+L)ýH+LýF(1)5t体,M值都在0125左右,可知VpU1173Vs。纵波和横式中Q)))介质密度;波传播速度的差别使其空间区域随时间而变化,在某K,L)))介质的弹性系数,即拉梅系数;一时刻纵波总是早于横波出现。H)))体积膨胀系数;声波在传播过程中遇到岩体中不同介质的分界面F)))介质总的位移量。时,在界面上将产生波的反射、透射和折射现象,这时介质中由于弹性波传播产生的位移量(F)是膨胀声波的传播方向将发生改变。声波反射、透射都遵循位移势的梯度(ý<)与旋转位移势的旋度(ý@
4、W)的Snell定律,当入射角大到一定程度时,透射波将沿界矢量和。由(1)式可推导出纵波(P波)和横波(S波)的面滑行形成滑行波。当滑行波沿着界面传播时,必然波动方程:2引起界面上各质点的振动,形成一个个新的振动源,就5<2Q2=(K+2L)ý<(2)会发生一系列由滑行波而返回岩体表面的折射波;由5t2于折射波将以初至波的形式出现而易于区别,目前岩5W2Q2=LýW(3)5t体测试主要以折射波为主。式中<)))膨胀位移位函数;112岩体声波测试的物理基础W)))旋转位移位函数。在岩体声波测试中,由于外力的瞬时性和微弱性,由(2)、
5、(3)两式可得到纵波速度Vp及横波速度Vs岩石表现为弹性介质,声波在其中的传播是符合弹性公式,即Vp及Vs与介质弹性系数的关系:波传播规律的。利用弹性波的波动方程和波形特征来揭示岩体内部结构和应力状态是可能的。声波的走E(1-M)Vp=(4)Q(1+M)(1-2M)时、振幅、频谱和岩石的结构及应力状态有着一定的对38铁道建筑October,2006应关系,即随着岩体(岩石)的破碎程度增加、结构松表1岩样声波测试数据表软、应力降低,声波会相应产生波速降低、振幅减小、波走时岩块长度岩块波速岩石类型岩块号形变坏、频谱中的主频向低端移动。
6、声波的传播规律PLsPmmP(mPs)与岩体力学指标之间的关系主要表现为:12713510210037291)声波波速与岩体介质的弹性模量之间有着对应绿泥石化高岭229110991823430的数理关系,纵波反映岩体的拉伸和压缩形变,表征岩土化安山岩3261851021003799体强度及变形特征;2)岩体结构特性使声波在岩体中的波动过程变得5281001001003571复杂,产生裂隙面效应,甚至发生严重的声波绕射现高岭土628100991993568象。岩体中结构面的增加会使声波的传播发生波速变化安山岩722158100100
7、4444慢、振幅减小、波形变坏的显著变化。岩体中宏观、微8221001001004545观结构面的变化对岩体中声波传播特征产生的作用是9301501001003279影响岩体工程特性本质的因素;灰色103015010010032793)通过大量室内岩样单轴和三轴压缩试验发现,凝灰岩1132100991803119单轴压力和围压与声波波速之间有一定的对应规律;即随着岩石所受应力的增加,波速也相应增加,当受力12301501001103282过大岩石达到破坏时,波速会相应减小;133110010010032264)岩体(岩石)单轴抗压
8、强度与声波波速有良好的紫红色1429100941013242相关性,抗压强度高的岩体其波速也大。凝灰岩153010099154331816301009915833192某地下巷道围岩声波速度的测定211室内试验岩样声波测试表2岩块声波速度Vp的数字
