浅析单孔声波测试在水利水电工程应用中的几个问题.pdf

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1、2013年6月睫硒蜀蓑陆地质勘测浅析单孔声波测试在水利水电工程应用中的几个问题李德春雷昊(云南省水利水电勘察设计研究院云南昆明650000)摘要：单孔声波测试是水利水电勘察中重要的原位物探测试项目，在探测不良地质体、岩体完整性、岩体风化中尤为重要。但在数据处理时，V。的测试和取值、K的计算常常出现争议，周波跳跃的现象常常被忽视等，笔者从单孔声波测试的原理出发，就V。取值、和I(v的计算和周波跳跃的现象进行探讨，抛砖引玉，共同提高勘测技术水平。关键词：声波测试；V。取值；周波跳跃；水利水电工程应用中图分类号：TV544文献标识码：B文章编号：1673—0038(2013)17—0229

2、—021引言单孔声波测试是水利水电工程物探中一种常见且运用广泛的声波测井技术。该技术可用于测试岩体或混泥土纵波，横波速度和相关力学参数，探测不良地质结构、岩体风化带和卸荷带，测试洞室围岩松弛圈厚度，检测建基岩体质量及灌浆效果等⋯。但单孔声波测试中有许多客观因素：v。的测试取值和周波跳跃现象对测试成果有着重要的影响，因此，正确分析和认识这两个因素，将对单孔声波测试资料和解释质量的提高具有实际意义。为此，本文从声波测试的原理出发，结合具体工程运用，对声波测试中经常会遇到的这两个个问题进行分析、讨论。为获得更高质量的单孔声波测试资料和成果提供参考。2单孔声波测试原理单孔声波测井在水利水电工

3、程中应用主要采用单发双收的系统(图1)，单发双收的发射端激发声波后，到达R1接收端和R2接收端的时间分别为tl和t2，则声波在R1接收端和R2接收端之间的走时At为tl与t2的差值，2个接收端之间的岩体波速即为距差△l与时差At的比值，通过连续记录钻孑L剖面不同深度位置上的时差便可获得钻孔不同深度位置上的岩体波速。图1单发双收系统卜刚Ⅲ2等+等+昔卜跎地2等+等+告AB=CE=DF加观-n2告专+守大量研究表明，影响岩体波速的因素除岩石类型、岩体风化程度、岩体完整性和地下水发育情况之外，还有地应力状态及地温条件等的影响⋯。对于岩体结构条件较好的完整岩体，声波在岩体中的走时主要是行经岩

4、石的走时。此时，波速主要取决于岩石自身的密度，密度越大，传播越快，走时越短；对完整性较差的岩体，其节理裂隙较为发育，声波在岩体中的走时除了岩石部分的走时之外，还包括穿过裂隙的时间121。2．1单发双收声系统l值的选取(1)l选择过大，对分辨薄层划分层不利，同时R2接收声信号幅度可能由于衰减太小，不易检测到，造成周波跳跃现象，产生记录误差。(2)l选择过小，记录时差相对误差变大，当仪器测量系统误差(精度)一定时，因测量时差绝对值变小，导致记录时差相对误差增大。为了提高对薄层的分辨率，需要提高仪器的测量精度，以减小间距l。目前最小间距1=0．1524m(6in)，但目前普遍采用的l=0．

5、2m。2．2单发双收声系的优缺点优点：(1)能直接测量岩层的声波速度或时差；在固定l上仅与岩层速度有关传播时间，在整个井眼剖面上得到的岩层速度指在1间距内平均值。(2)单孔声波测试中现用间距多为0．2m，使声波测井曲线能划分厚度0．2m以上岩层。缺点：无法消除井径变化的影响。△仁≯+骂≯址罟+旦等当井径由大变小时，由图1可知：DFCE正异常孔内钻孔的形状对速度的影响见图2，由于地质原因造成局部的垮孔，但垮孑L时即会造成速度的影响。·229·地质勘测口匠正玉]臣2013年6月图2钻孔的形状对速度的影响3岩体风化系数和岩体完整性系数的计算按《水利水电工

6、程物探规程》(S”26—2005)和《水利电工程地质勘察规范》(GB5048—2008)进行岩体完整性和岩体风化程度分析评价。岩体完整性系数的计算公式如下：K，=(V∥p2式中：Kv为岩体完整性系数：V。为实测岩体纵波速度值，单位为m／s；Vpr为新鲜完整岩体纵波速度，单位为rIl，s。式中v。的测试和取值是计算岩体完整性系数K，的关键，也是测试中难以掌握和易发生争议的问题。现作如下探讨：3．1V。的测试为确保此参数的测试精度，根据无限介质弹性波动力学理论，要求测试的时候要透过岩石的声波波长应远小于岩石尺寸，并大于岩石颗粒直径。国标GB／r50266—99《工程岩体试验方法标准》规定

7、，选用换能器的发射频率f应满足：f一>2VJD式中：D表示试件的直径。显然，按钻孔常规样品尺寸计算：直径89mmxl00mm。岩体的纵波波速Vp=3000．5500m／s计算，f，>67～120kHz，即测试所选用换能器的发射频率至少不应低于67kHz。目前，不少声波仪出厂配置的50kHz夹心式换能器是不能用于岩石弹性纵波速度测试的。3．2v。的取值选取测试岩块样品时应做到同一岩性新鲜的岩块取两组以上，试件取样时应该注意选取刚从钻孔内取出的岩芯，用保鲜膜包