隧道岩石声波波速测试

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一、项目来源

受某院委托，我院承担安包隧道项目工程地质钻孔声波波速测试工作。二、任务与目的

岩石声波波速测试，用于划分岩体风化壳及其强度评价、深部地层软弱结构面、破碎带埋深及岩溶发育特征的勘查，计算钻孔岩石完整性系数，判别钻孔岩层的完整性。

三、波速测试工作情况

我院于2016年11月18日进场开展测试工作共完成了3个钻孔的波速测试工作，共完成310.25m的波速测试，具体工作量统计见表1.3.1所示。

四、声波波速测试原理与方法技术

声波检测技术中有三个声学参量，即声速、声波波幅及频率，可对介质的物性做出评价。各声学参量简述如下：

①声速与弹性力学参数的关系：当测取岩体的纵波及横波声速Vp与Vs，并已知岩体密度ρ的情况下，便可以获取岩体的动弹性模量E、剪切模量G和泊松比б，从而做出对岩体的动力学特征做出评价。

②声速岩体完整性指数：可用纵波评价岩体的质量，可用岩石样本的纵波波速Vpr与岩石的纵波平均声速Vpo测算出岩体的完整性指数Kv。由完整性指数，可对岩体的工程力学性质进行分类。

③声速与岩体的裂隙：当波动的前方有裂隙存在时，在裂隙尖端所产生的新的点振源浆可绕过裂隙继续传播，形成波的“绕射”。绕射的过程声线“拉”长，声时加长，使视声波降低，故声波不仅可对岩体的风化程度加以划分，对岩体中存在的裂隙有着极为敏感的反应。

④声波与岩体结构的关系：声波在整体块状结构中得传播速度最快，在层状结构、碎裂状结构、散体结构中，由于裂隙发

育程度不同，声波在这种非均质介质中传播，

将会在不同的波阻抗界面产生波的折射、反射、

波形转换等，使波速拉长，从而使声波随结构

的复杂而降低。

由测试对象及测试目的的不同，声波测试

有多种方法，具体有投透射法、折射法、反射

法等。其中折射法—单孔一发双收声测井法主

要用于岩体风化壳划分及强度评价、深部地层

软弱结构面、破碎带埋深及发育特征的勘查。

根据本项目特点，采取单孔一发双收声测井进

行检测。工作方法如右图所示：

五、声波波速测试岩土划分依据

计算岩体的完整性系数Kv：

Kv=（Vpr①∕Vpo②）2

①Vpr－在钻孔岩体各个岩性分段中测得的纵波波速平均值；

②Vpo－选用本场地各钻孔各岩性分段的新鲜岩样纵波波速。

选取岩芯样时根据现场编录人员对钻孔岩性分段，在各个岩性分段中各取一组完整新鲜芯样并测量芯样纵波波速取所测的代表性岩样的纵波波速为该分段的纵波波速特征值。通过计算岩体的完整性系数Kv，比对岩体完整性分类标准表，可以划分岩体结构类型。岩体完整性分类标准表如下所示：

岩体完整性分类标准表附表2.2.3

、声波波速测试成果与评价

根据以往工作经验，新鲜未风化岩块波速为4500 m/s左右，微风化波速约为3000～4500m/s左右；中等风化波速约为2000～3000m/s左右；强风化波速约

为2000m/s以下。

(1)ZK1: ①强风化砂岩岩体纵波最大波速1744.2m/s，岩体纵波最小波速1304.3m/s，岩体纵波平均波速1506.6m/s。②中风化砂岩岩体纵波最大波速3000.0m/s，岩体纵波最小波速1666.7m/s，岩体纵波平均波速2172.4m/s。

(2)ZK2：①强风化砂岩岩体纵波最大波速1764.7m/s，岩体纵波最小波速1428.6m/s，岩体纵波平均波速1599.7m/s。②中风化砂岩岩体纵波最大波速3000.0m/s，岩体纵波最小波速2142.9m/s，岩体纵波平均波速2537.4m/s③微风化砂岩岩体纵波最大波速4285.7m/s，岩体纵波最小波速2727.3m/s，岩体纵波平均波速3449.9m/s。

(3)ZK3：①强风化砂岩岩体纵波最大波速1744.2m/s，岩体纵波最小波速1304.3m/s，岩体纵波平均波速1504.0m/s。②中风化砂岩岩体纵波最大波速3750.0m/s，岩体纵波最小波速1363.6m/s，岩体纵波平均波速2483.6m/s 岩性分段、岩样波速特征值、纵波平均波速、岩体完整性系数Kv值及岩体结构类型详见下表：

完整性系数表表5.2.1