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SACE1*§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）波动是物质运动的一种形式，声波是波动中机械波的一种，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.2*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

2、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3*应用：1．利用声波参数结合地质因素，对工程岩体进行分类、分级；2．利用声波探测技术评价地下工程围岩的稳定性，包括围岩松弛带范围的测定和围岩稳定性的定期观测；3．利用声波探测技术，进行工程地质勘探钻孔及孔间地质剖面分层，确定风化层厚度，为设计开挖及处理提供依据；§4-0概述4*应用：4．岩石和岩体的物理力学性质的测定。如动弹性模量、泊松比等；5．岩体中存在缺

3、陷，如构造断裂、岩溶洞穴的位置、规模，张开裂缝的延伸方向和长度的探测；6．工程岩体施工及加固措施效果的检测，如爆破、喷锚支护、注浆的质量检查。§4-0概述5*一波动方程：拉密运动方程§4-1声波的传播规律6*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*拉密运动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8*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9*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

4、播规律10*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11*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。R波波速估算：三种波波速的关系§4-1声波的传播规律12*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

5、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13*二、声波的反射、透射和折射声波的反射、透射和折射（全反射）γ1θ1θ2γ2§4-1声波的传播规律P0P1P2S1S214*二、声波的反射、透射和折射入射角和折射角的关系§4-1声波的传播规律P2P115*二、声波的反射、透射和折射波阻抗：介质密度与波速之积。声波反射条件：界面上下介质的波阻抗之差；波阻抗差越大，反射越强；§4-1声波的传播规律16*§4-2声波探测技术1声波的利用：波速、振幅、频率、

6、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：17*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。波速公式中，波速与密度成反比，但密度增高，弹性模量将有大幅度的增高，因而波速也将越高。(2)结构面的存在，使得声速降低。并使声波在岩体中传播时存在各向异性。垂直结构面方向声速低，平行于结构面方向声速高。§4-2声波探测技术18*2影响岩体（石）波速的主要因素：(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

7、波速高。§4-2声波探测技术19*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20*3声波探测仪器设备和使用（1）换能器的布置方法：穿透法室内实验现场测试:双孔孔间穿透法§4-2声波探测技术21*反射法TR界面1界面2界面3深度时间目的物反射法22*剖面法：23*4测试方法的确定：测试地点的选择指定区域、代表性地段，减少工作量对测孔的要求测量和记录孔的位置和相关信息表面的处理耦合剂换能器和被测表面良好接触探测频率的选择：20KHz§4-

8、2声波探测技术24*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