地下工程监测与检测技术第五章地下工程中的声波测试技术

地下工程监测与检测技术第五章地下工程中的声波测试技术人民交通出版社声波测试技术声波测试技术在围岩测试中的应用声波测试技术在地下混凝土结构质量评价中的应用传感器的选择和标定内容提要声波测试技术是研究人工激发或者岩石断裂产生的声波在岩体内的传播规律，并据此判断岩体内部结构状态、应力大小、弹性参量及其他物理性质等岩体力学指标的一种工程测试方法。

声波测试属于无损检测的范畴，近年来，在建筑、水电、采矿、冶金、铁道等工程中得到广泛应用，成为工程测试的重要手段之一。

第一节声波测试技术一.声波测试的基本原理1.波的概述波是介质质点离开平衡位置的一种扰动，这种扰动随时间从空间的一个区域传播到另一个区域。在传播过程中没有物质的传输，也就是说无论波在介质中传播得多远，介质质点仅能围绕其平衡位置在一个非常小的空间内振动或转动。波在传播中的速度称为波速度。根据声波的振动方向与波传播方向的关系，可把声波分为纵波和横波。若质点的振动方向与波的传播方向一致，这种波称为纵波，又称为压缩波。若质点的振动方向与波的传播方向垂直，这种波称为横波。在气体和液体中的声波只能是纵波，而在固体中声波即有纵波又有横波。岩体属于固体，故在岩体中声波的传播，即包括纵波又包括横波的传播。2.声波测试基本原理声波测试的基本原理是用人工的方法在岩土介质和结构中激发一定频率的弹性波，这种弹性波在材料和结构内部传播并由接收仪器接收，通过分析研究接收和记录下来的波动信号来确定岩土介质和结构的力学特性，了解它们的内部缺陷。称为波速度。岩土体中往往包含有各种层面、节理和裂隙等结构面，岩体中的这些结构面在动荷载作用下产生变形，对波动过程产生一系列的影响，如反射、折射、绕射和散射等。这样，岩土体界面起着消耗能量和改变波的传播途径的作用，并导致波的非均质性及各向异性。因此，岩土体结构影响着岩土体中弹性波的传播过程，也就是说岩土体弹性波的波动特性反映了其结构特征，所以，弹性波探测技术已成为工程岩土体研究中一项有效而简便可靠的手段。二.测试牧仪器绝及使毯用声波搅测试粒仪主杯要由找发射珍系统瓶、接骨受系汗统和讲微机鲜组成袜。发卵射系易统包编括发积射机需和发苦射换筑能器输，接根收系状统包熄括接遗收机财和接荐收换常能器新，微年机主吓要用焦于用澡数据揉记录牧和处咬理搜奋索。发射翁机是青将由也声源亿讯号发生镜器产坛生一定将频率例的电秒脉冲经，放幼大后潮由发阿射换蛋能器留转换疫成声敢波，颗并向灰岩体诞辐射麻的设招备。发射泳换能寒器将暂一定狐频率护的电俭脉冲臂加到搞发射惑换能嘉器的破压电侄晶片蓬时，何晶片盾在其驱法向练或径鸭向产可生机茫械震歼动，德从而居产生倡声波代。发短射换甘能器佛和接病收换县能器蒜可以圆实现丸声波秆和电堪能的援相互输转换咳。接收拥机将具接收爽到的闭电脉送冲进逢行放叔大，拾并将航声波淡波形壳显示璃在荧血光屏井上，骑通过始调整最游标锡电位吴器，华可在巷数码递显示践器上隆显示贱波至何时间歇，若暴将接挣收机今与微粘机连脆接，简则可岁对声肌波讯质号进章行数款据处轨理。1.SY术C-雾2C型非默金属掠超声徒测试流仪SY坚C-副2C型非盟金属吼超声盾测试关仪由廉接收以机和懂发射梯机两灾部分涂组成势。该拾仪器袍轻便健、快役速、京环境绣干扰纷小。可供柏研究捐人员旧在实筛验室孔进行田岩样化的研侍究或尝地震川模拟万实验凤；研究劝洞室欺的节握理、他裂隙匙发育版情况灰，确初定洞著室开宋挖松啦弛的锅范围趣；进行各岩体煮强度跑分级淡；测算欣出岩洒体动覆弹性妇力学土参数舌；进行伶地应萝力的建测量沉，长采期观的测进坐行地芬震预懒报。2.内C繁TS每-2盏5型非怠金属膜超声欠波检爬测仪该仪扇器主涨要用善于混呢凝土村的无来损检领测，饰通过厘混凝痕土声亮速和懒混凝是土抗丹压强吃度的孩关系窜，可询以估家计其筑强度芽；通过限对混合凝土商的声昨速、缘瑞衰减镇和波弯形的锻测量姜，可赶以检邻查混伴凝土悠结构当内部腹的孔绪洞，孤裂缝丛及其遵他缺秒陷的步位置忙等。只该仪岁器还族可用孙于对倾木材青、塑蔑料、弦橡胶描、石补墨、夹碳素微纤维咱、陶禾瓷、六岩石蜜等材映料的凑性能锄测量劝。该仪姐器具撞有波雪形显婚示和座数字搬显示观装置目，便铁于观搜察波惭形和泪进行挣声速获测量慌，仪对器本键身有80围dB的衰循减器宾，可似以测软量材拘料的腥衰减岁。3.宪U矿VM裂-2型声盖波仪日产族的UV诵M-海2型声朱波仪蝇是通事过声笋循环肚法进锻行延坚时测柜定，验检测绳时不瘦受试往样中书多重远反射稿波的帜影响期，能顾迅速唉准确欣地测筒定材字料的由声速称、弹烧性模测量等柄参数臣。测否量精垫度较弓高，腥与我居国现编有的袄国产SY百S型系葛列岩匆石声障波探藏测仪看相比坐，具铁有延恶时测晓量精微度高糠的优赛点。该仪酿器具搬有波童形显嘴示和草数字贞显示误装置伪，便翠于观乎察波逝形和喜进行芬声速播测量盛，仪安器本睛身有80程dB的衰豆减器肤，可忌以测轨量材愈料的娱衰减迫。三.测试茄方法1.直达险波法1）表击面直掩达波华法将发惠、收傻换能层器布妻置在独被测竭物表籍面的劣声波顿测试肺方法订称为扛直达饱波测蛮试法霸，当广发、挺收换厅能器被布置枕在同酷一平螺面内床时称俭为平或透直究达波咬法，阴当换伍能器告不在愧同一痛平面搁内设裤置时排称为蠢直透碰直达鼻波法罪。平透夕直达驻波法键测试服时，甘收、弊发射宾换能洽器之返间的怒距离把应小仆于折台射波惭首波辱盲区秃半径刚，如然图1。室仍内岩科石试统件的装声学数参数呼测试咳不论单加载根与否姿，均闸应采盆用直点透直陕达波延法，致如图2。在犹野外策或井符下工谎程测曲试中酒，一绍般利毁用巷澡道之段间的世岩柱驰或工铃程的棵某些且突出仙部位渣在非鸣同一铅平面挖相对旋设置蕉收、午发换农能器择，如她图3。图1平透乞直达桶波法球测试缠图2直透移直达田波测孕试3工程夺岩体浩直达立波测棍试图F-发射瓜换能弹器；S-接收糕换能苦器1-巷道涌；2-岩体2）孔倾中直伶达波趟法将发病射和这接收济换能灾器分议别置蛛于两搬个或闸两个含以上闸钻孔串中进斜行直凳达波漠测试论的方城法称专为孔您中直务达波跪法。改当被底测物凤仅有最一个肌自由坑面，绸且需缴要了云解被逆测物酬内部扔声波悠参数话变化磨情况兴时，电可采雁用这雪种方雕法。续在被蓬测的球结构眠物上驻打两新个或浅两个茧以上燥的相慰互平翻行的惕钻孔鞋，分狡别布戏置发县射和劳接收着换能巩器。鼠观测手时发睛射和迫接收粘换能派器从闭孔底上（或前孔口磁）每大隔10～20丛cm同步涉移动伞，即赌可测婆出两狐换能佛器之厘间岩夸体不漏同剖睡面的锡波速驻与振午幅的葛相对戴变化肆情况。5-特4孔中草直达允波测菜试法F1、F2、…Fn-发射踢换能疯器的惩第1,浙2，…n个测刑试位打置；S1、S2、…S躁n-接收设换能即器的交第1,同2，…，n个测撒试位萄置2、反乡丰射波舰法反射味波法德是利箱用声铜波在坟介质蚊中传意播时固遇到共波阻东抗面垂会发坐生反沟射的鬼现象往，研书究喷张射混饿凝土捏厚度掌、岩镜层厚利度以肌及围均岩内筝部结洗构等匠的观想测方再法。果反射木波法族测试愚时，雾被测弓结构结往往须只有龄一个倡自由缠面，哈换能币器的痰布置费应采柔用并想置方睛式，然换能厌器之旷间的俭距离御应根牲据被滑测层徐厚度饥及波晴阻抗淹面的意形状培而定点。图5-颜5反射盈波测冰试法3、折脚射波铃法声波荡由观箱测界溉面到秘达高底速介牵质并托沿该隶介质负传播滴适当铜距离海后又屯折返背回观并测界购面时酸称为妇折射伪波。驱折射杂波法谁是接鹅收以摆首波赢形式陪出现派的折势射波捉的测禾试方生法。狂它可势分为归平透妈折射样波法序和孔谊中折例射波辉法。博平透尽折射娇波法调探头撑布置境方式是同平逗透直杂达波册法相源同，瓣但接笛收换慌能器蝴应布椅置在网折射懒波首般波盲停区之鲜外。喊这种嫂测试叨方法填常用挺来测英试回醋采工谷作面柴超前叫支承吧压力馋影响委范围津等。孔中劫折射挣波法翼又称愧单孔鹿测试叔法，厅它是排将特陵制的引单孔道换能岸器放古入钻叠孔中岩，接惰收通理过岩朗壁的救折射汉波，盗并沿班钻孔唱延深父方向胶逐段步观测宽声波龙参数迎的变椒化，敢从而寸确定竹所通行过地坚层的瓜层位疑、构秆造、挥破碎逼情况停以及兽岩石退的物项理力局学性哀质等何。这未种方坏法在抄工程熔中常石用来藏测定物井巷能围岩悦破碎康范围趟，查扶明围顺岩结著构，橡进行注工程像质量局评价阔等。第二慢节蛙声锄波测熄试技触术在朝围岩扑测试奏中的小应用一、沉评价像岩土愈强度伞和完顿整性释程度岩体榨完整掏性系煎数Kv又称妥裂隙柜系数迁，为夕岩体助与岩鱼石的窑纵波柳速度项之比轮的平祖方，售用动抹力法佳可以级测定镰完整库性系芽数。叶根据突岩体导完整访性系惩数对俭岩体查完整穷程度纳进行沉分类萝，可孤分完灶整、趣较完睛整、蛮较破涛碎、虎破碎添、极罪破碎机五类国。评价挽完整滋性程付度以披及估刘算岩饮体强扎度：二、近围岩漆松弛寻带测产试地下巨洞室闻由于苍开挖及过程锦的扰射动，崖引起走围岩查应力梅重新固分布勾，洞吴室周染边出倘现应常力集啄中，腊当应服力超擦过岩乐体的律强度秀极限乔后，始围岩光体开御始破敞碎松扁动，映即从崇洞室绸周边吗向岩宪体深皮部扩乐展到瓶某一吉范围命。这抹一范响围内熟的岩末体表追现出砍节理痰裂隙共增多座，完饿整性挠下降纱，强杰度降掉低，竭被称味之为迷围岩谷松动布范围档。1、测丽试方循法围岩表松动设范围钢的测蔑试方塑法主锁要有麻单孔皂测试静法和畅双孔尿测试嘉法两金种。单孔良测试泰法即简单孔悦折射厌波法处，它处一般幸采用轻一发呆双收捧单孔配换能准器。腔单孔惹测试备可以宜了解弟沿钻匪孔轴联向的毛岩性留及应凝力变棍化情吼况，市特别腥是对腾岩体植的裂纽奉隙反朋应较岩灵敏仓。双孔另测试举法，笨即孔枝中直讽达波巨法，盟该方尿法主月要用掀于了弹解孔征中岩牲体的著岩性骡特征疮、应半力分霜布及茅它们他沿钻届孔轴沸向的漫变化泊情况存。2、测归孔布匀置在需测闻试的绿井巷厘围岩捏中，考根据染测试验目的桥选择姿有代络表性顽的地宪段布城置观钉测站前和相颤应的饱观测风断面库。对摩于水咳平和带倾斜盆巷道惊，每坐个测每站应询布置2～3个断给面，座每个曲断面该布置戴的测什孔数购应由撇断面块大小愤及形为状等断确定外，一崭般为3～5个测段孔。走在立姥井中胳，由掠于打为眼及灰观测倍工作笑都较克困难腿，因搁此，吓测站慎及观兰测断曲面的盟测孔禁数可哭相应直减少搂。测追孔深盈度以2.哑0~抢3.权0m为宜蜘。3、测都试结烧果的筑整理薄与分啦析1)按测润孔整监理测蚁试数捎据首先宪按测梅站或闸观测城顺序颜将每素个测协孔各励次测哨读的蔑声时废换算巧成声挤速t，然剃后，筐以孔职壁至切孔底软的距柜离己饺为横椅坐标车，以拦声速VP、振梁幅A为纵彻坐标指，绘舅制移Vp钱-L、A-起L曲线授图。胆为便饮于比笨较，VP、A应使证用同象一横跨坐标直。2)围岩钉松动施范围爹的确暂定确定约围岩闸松动孕范围并的实池质是VP（A）-L曲线裳图的研判读旨。根阴据现倍场实掀测、识模拟钟试验窄等的业研究凑成果值，可芹将VP（A）-L曲线离归纳秤为如暮下3种典樱型情鞠况。3)绘制意围岩榴松动医范围屑变化非曲线对于搂某一任测段喝的情殃况则耕可以姑断面厘（或旅测站裕）松咏动范室围的厉均值李为纵里（或万横）仙坐标秀，以讯测段窑长度股为横廉（或锈纵）旅坐标河，绘污出围背岩松傻动范破围在寒测段余上的漆变化筋曲线赴。该辩曲线茧还可逼与该印段的茫地质屑剖面邮图绘毁在一闯起，怎以便膊对照梨分析凤。4)其他烤注意喘事项围岩纯松动缩慧范围词测试逢工作鹊以立跑井测峡试环茅境条泄件最约困难虚，故梨防水堤问题显不可椒忽略择。立何井测谊试多游在有辟淋水袭的条游件下竖进行翻，因支此，颠仪器枯应有劫严格朗的防梢水措陪施，游以免银内部南进水须发生肯短路砌。通省常的丑作法竭是在测安放蔬仪器里的平党台（寸或吊终桶）温上加朝防水千罩，周同时靠在仪似器上规面加跌盖防振水塑尝料雨胃布。陈当仪钻器安签放位欧置远作离测冤孔，原换蒙能器阅电缆惕长度耕不够嘱，而议需另看加接扑电缆休时，肝应保粥证电隙缆接刷头的酸芯线杏与屏舅蔽线垒之间丹有良掌好的垄绝缘仙，其遣外层广应采储用胶男带包尼好并宁用树垃脂胶肾密封筋，使喘其具咸有一魂定的西防水短功能废。三、甜其他药测试仪器下井削测试电方法脚是将冷两吊水桶同析步运易行法绵在井皇筒施古工中赔。若锣使用截吊桶潜提升因时，隐可将宋仪器崭安放蜜在其尤中一房诚个吊霜桶内黎，而菌把测汪孔布可置在洽另一勾个吊葛桶侧坡，测担试时轧两吊朗桶同痰步运香行。代罐笼凯上做春临时该平台毒进行影测试泛当井滥筒内摩用罐量笼提翠升时缘瑞，可剪在罐撞笼上荒搭设察临时偿平台距，设泻置护泳栏，罚测试扣人员水系好蹲安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