岩体声波测试技术
8、岩体声波测试(岩块声波速度测试、岩体声波速度测试)
岩体声波测试
包括（岩块声波速度测试、岩体声波速度测试）
岩体声波速度是指声波在岩体中的传播速度。岩体声波速度，能较直观地反映岩体结构好坏、帮助划分岩体类别以及计算岩体的动弹性参数等。岩石声波速度，又分横波和纵波传播速度两种，测试方法一般有脉冲超声波法和共振法。
（一）岩块声波速度测试
岩块声波速度测试是采用超声波法，测读声波在岩石试件中的传播时间和距离，进而计算岩石声波速度和动弹性参数的一种方法。该测试适用于能制成规则试件的各类岩石。
试件加工及描述应符合有关规定。测试耦合剂可用凡士林、黄油、铝箔或铜箔等。测试选用换能器的发射频率，应满足下式要求：=2v p/D
式中ƒ———换能器发射频率，Hz；
v p———岩石纵波速度，m / s；
D———试件直径，m。
1、测试要点
采用直透法或平透法布置换能器，量测两换能器中心距离。
将试件置于测试架上，对换能器施加约 O. O5MPa 的压力，测读纵波或横波在试验件行走的时间；如试件在受力状态下测试，宜与单轴压缩变形试验同时进行。
测试结束后，应测定超声波在标准有机玻璃中的传播时间，确定系统的零延时，或将发射、接收换能器对接，测读零延时。
2、测试成果整理
按下列公式计算岩块的纵、横声波速度：
V p=L/（t p-t0）V s=L/（t s-t0）
式中v p———纵波速度，m / s；
v s———横波速度，m / s；
L———发射、接收换能器中心间的距离，m；
t p———纵波在试件中行走的时间，s；
t s———横波在试件中行走的时间，s；
t O ———仪器系统的零延时，s。
岩石压力波速度测试方法与分析
岩石压力波速度测试方法与分析岩石是地球上最基本的构成成分之一，其性质与行为直接影响到地质工程、地震学和石油勘探等领域。压力波速度是岩石力学研究中重要的参数之一，它能够揭示岩石的变形、破裂和应力状态，并为岩石工程设计和实际施工提供重要参考。本文将介绍一些常见的岩石压力波速度测试方法，并对其测试结果进行分析。
一、动态弹性参数测试方法
1. 声波测井法
声波测井法是一种通过测量井中岩石传播声波的速度来揭示岩石性质和结构的方法。在实际应用中，声波测井设备通过发射声波信号，并记录其传播时间以及到达接收器的信号强度。根据测量的数据，可以计算出岩石的纵波速度和横波速度，从而推断岩石的力学性质。
2. 超声波检测法
超声波检测法是一种利用超声波在岩石中的传播速度来测定岩石性质的方法。通过在岩石表面或孔洞中放置超声波传感器，并发射高频信号，测量其传播时间和到达接收器的信号强度。根据测量数据，可以计算出岩石的压力波速度和剪切波速度。
二、静态弹性参数测试方法
1. 声速仪测试法
声速仪测试法是一种通过测量岩石中声波的传播速度来推断其力学
性质的方法。该测试方法适用于岩石试样，通过固体声波仪器向试样
表面或孔洞中发射声波信号，并记录声波波形。通过计算相位变化，
可以得到岩石的纵波速度和横波速度。
2. 拉伸试验法
拉伸试验法是一种通过施加拉伸力来测定岩石的弹性模量和压缩强
度的方法。在该方法中，通过施加恒定应变速率的拉伸力，测量岩石
试样的应力-应变关系。通过分析应力-应变曲线，可以得到岩石的压力
波速度。
三、岩石压力波速度的分析
1. 岩石组分分析
声波测试技术的原理及其运用
声波测试技术的原理及其运用
1.声波测试原理
声波探测技术是一种岩土体测试技术，它根据弹性波在岩体中传播的原理，用仪器的发射系统向岩土体中发射声波，由接受系统接收。由于岩体的岩性、结构面情况、风化程度、应力状态、含水情况等地质因素都能直接引起声波波速、振幅和频率发生变化，因此可通过接收器所接受的声波波速、频率和振幅了解岩土体地质情况并求得岩土体某些力学参数（如泊松比、动弹性模量、抗压强度、弹性抗力系数等）和其他一些工程地质性质指标（如风化系数、裂隙系数、各向异性系数等）。
声波仪是声波探测使用的仪器。声波仪有多种型号，主动测试的仪器一般都由发射系统和接收系统两大部分组成。发射系统包括发射机和发射换能器，接收系统包括接收机和接收换能器。发射机是一种声源讯号的发射器，由它向压电材料制成的换能器(图中的1)输送电脉冲，激励换能器的晶片，使之振动而产生声波，向岩体发射。于是声波在岩体中以弹性波形式传播，然后由接收换能器(图中的2)加以接收，该换能器将声能转换成电子讯号送到接收机，经放大后在接收机的示波管屏幕上显示波形。
声波仪的主要部件示意图
2.声波测试技术的运用
声波探测可分为主动测试和被动测试两种工作方法。主动测试所利用的声波由声波仪的发射系统或槌击方式产生；被动测试的声波则是岩体遭受自然界的或其它的作用力时，在变形或破坏过程中由它本身发出的(如滑坡)。主动测试包括波速测定，振幅衰减测定和频率测定，其中最常用的是波速测定。
目前在工程地质勘探中，已较为广泛地采用声波探测解决下列地质问题：根据波速等
岩土力学中的声波测试技术及应用
岩土力学中的声波测试技术及应用第一章前言
岩土力学作为地质工程学科的重要分支，研究岩土的力学性质
和行为规律。声波测试技术是岩土力学中一种常用的非破坏性检
测手段，它可以通过声波在岩土体内传播的反射、折射、透射等
现象，获取岩土体的物理参数等信息。本文将对声波测试技术在
岩土力学中的应用进行介绍。
第二章声波传播基础
声波是指在介质中传播的机械波，它的传播速度与介质的密度、弹性模量、泊松比等参量有关。在岩土力学中，声波可以通过固体、水和气体等多种介质传播，但固体介质的传播方式最为常见。固体介质中的声波分为纵波和横波两种类型，纵波是指沿传播方
向振动的压缩波，能够穿过液体和气体等任何介质，传播速度相
对较大；横波是指沿传播方向垂直振动的剪切波，不能穿过液体
和气体介质，传播速度相对较小。在岩土力学中，通常采用纵波
进行声波测试。
第三章声波测试仪器
声波测试仪器是进行声波测试的基础设备，其主要包括发射器、接收器、信号处理系统和显示器等模块。其中，发射器负责向岩
土体内发射声波，接收器负责捕获岩土体内反射的声波信号，信
号处理系统负责对捕获的信号进行放大、滤波、AD转换等处理，将测试结果以数字或图形形式显示在显示器上。具体的声波测试仪器型号和技术规格应根据具体测试需求进行选择。
第四章声波测试应用
4.1 岩土体评价
声波测试可以通过测试不同深度和方向的声波速度，从而推算出岩土体的弹性模量、泊松比等物理参数，并绘制出声速曲线和射线图等图形，以显示岩土体的结构特征和质量状况。同时，声波测试还可用于探测岩土体内的裂隙、孔隙和薄层等缺陷，以评价岩土的可靠性和稳定性。
钻孔成像及声波测试在岩体质量评价中的应用
钻孔成像及声波测试在岩体质量评价中的应用
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(完整版)岩石声波波速测试实验
岩石声波波速测试实验
一、实验目的
熟悉掌握仪器操作，掌握声波岩石波速测试方法步骤，建立不同材料介质密度对波速影响程度的概念。
二、实验原理
声波测试理论基础建立在固体介质中弹性波的传播理论中。该方法就是利用一种声源讯号发射器（发射系统），向压电材料制成的发射换能器发射一电脉冲。激励晶片振动，发射出声波在测试材料中传播，后经接收器接收，把声能转换成微弱的电信号送至接收系统，经信号放大后在屏幕上显示出波形，从波形上读出波幅和初至时间（t），由已知的测试材料距离（L），便可计算出超声波在测试材料中传播的纵波波速（Vp），即Vp=L/t。
三、实验步骤：
1.按图要求联接仪器、换能器（校正声波系统的零声时值T0）、联接岩石试件。
2.仪器各参数设定
a)设定测量起始区号、线号、点号。
b)选择测量发射电脉冲电压、脉冲宽度、触发时间。
c)选择采样时间间隔、采样长度、频带宽度、放大倍数。
3.按下仪器测量键，搜索调节仪器接收波形，对波形进行采样、读时、读幅、读频、
存贮。
4.对测量数据分类整理、统计及成果图件绘制打印。
四、试验报告
通过声波岩石波速测试实验，结合工程地质规范、规程，分析整理同类型岩石试件波速数据；划分岩石试件（强风化、中风化、弱风化）波速分布范围、常见值并编写实验报告。
岩石声波波速测试示意图
岩石声波波速测试实验
岩石声波波速测试实验
实验三岩石声波波速测试实验一、实验目的熟悉掌握仪器操作，掌握声波岩石波速测试方法步骤，建立不同材料介质密度对波速影响程度的概念。
二、实验原理声波测试理论基础建立在固体介质中弹性波的传播理论。该方法就是利用一种声源讯号发射器（发射系统），向压电材料制成的发射换能器发射一电脉冲。激励晶片振动，发射出声波在测试材料中传播，后经接收器接收，把声能转换成微弱的电信号送至接收系统，经信号放大后在屏幕上显示出波形，从波形上读出波幅和初至时间（t），由已知的测试材料距离（L），便可计算出超声波在测试材料中传播的纵波波速（Vp），即 Vp=L/t。
图图 3-1 岩石声波波速测试示意图三、主要仪器设备岩石声波参数测定仪，见图 3-2 2.游标卡尺图图 3-2 HS-YS4A 主机四、实验操作 1、启动仪器
打开仪器的电源开关，首先进入 WINDOWS 系统，然后启动仪器控制软件。点击工具栏图标“”，在未接换能器的情况下出现 4 道低噪声信号，说明仪器工作正常。然后按图 23-3 接上换能器。
图 3-3 换能器与主机连接 2、校正声波系统的零声时值 T 0 ：将两换能器端面紧密接触，点击工具栏图标“”，执行一次采集，移动游标，读取 T 0 值。
3、用游标卡尺量取岩石试件长度（高度），然后用耦合剂在岩石试件的两个端面轻涂一层，再将发射换能器和接收换能器与试件端
面贴紧。
4、调出控制面板，点击工具栏“置参”，输入换能器对 T 0 零值和试件长度（单位:m）（见图23-4），然后设置仪器的滤波参数、采集通道、采样间隔、频带宽度、通道衰减倍数等工作参数（见图 23-5），红色为选中的参数。
岩石三轴 超声波
岩石三轴超声波
岩石三轴超声波是一种用于研究岩石力学性质的非破坏性测试方法。它通过测量岩石中超声波的传播速度和衰减特性，来获取岩石的物理力学参数。本文将介绍岩石三轴超声波的原理、应用以及未来的发展方向。
一、原理
岩石三轴超声波测试是基于超声波在岩石中传播的特性。当超声波通过岩石时，会受到岩石内部结构和物理性质的影响，从而产生传播速度和衰减。通过测量超声波的传播速度和衰减特性，可以推断岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度等力学参数。
二、应用
岩石三轴超声波测试在地质工程、岩土工程和石油勘探等领域有着广泛的应用。以下是一些常见的应用场景：
1. 岩石力学性质研究：通过测量岩石的超声波传播速度和衰减特性，可以获取岩石的弹性模量、泊松比等力学参数，从而评估岩石的稳定性和变形特性。
2. 岩石质量评估：岩石三轴超声波测试可以用于评估岩石的质量和坚固程度。通过测量超声波的传播速度和衰减特性，可以判断岩石的均质性、裂隙程度和孔隙率等指标。
3. 岩石损伤检测：岩石在受到外力作用或长期承受荷载后，会发生损伤和破坏。岩石三轴超声波测试可以用于检测岩石的损伤程度和破坏状态，为工程设计和施工提供依据。
4. 岩石地层划分：在石油勘探中，岩石三轴超声波测试可以用于划分地层和识别岩性。通过测量超声波的传播速度和衰减特性，可以确定地层的岩性、孔隙度和饱和度等参数。
三、发展方向
随着科学技术的不断进步，岩石三轴超声波测试也在不断发展和完善。以下是一些可能的发展方向：
1. 多参数测试：目前的岩石三轴超声波测试主要关注传播速度和衰减特性，未来可以考虑引入更多的参数，如频率、极化特性等，以提高测试的准确性和全面性。
第七章_岩体声波测试
3 纵波、横波测试 岩块试样的声波测试，当采用“直达波法”测试时，
1 波形识别 岩块声波速度测试一般采用脉冲超声波法，
能否正确测读声波到达时间，将直接影响到测量 精度，测试工作中应予特别重视。纵波最先到达， 较易识别，但纵波往往能量较小，如信号放大倍 数选择不当，容易引起掉波现象，造成纵波波速 测读不准。而横波是后续波，受到纵波余振及其 他因素的干扰，往往难以准确识别初至波到达时 间，给时间测读带来困难和误差。采用切变振动 和扭转振动模式的专用横波换能器，是测读横波 Leabharlann Baidu一种有效方法。
接收换能器应具有灵敏度高，频带宽而平坦，指向性 好以及有较大的动态范围等特点。发射换能器应使用机械 品质系数Q值高，额定功率大，电声转换效率高，指向性 好以及非线性失真小的换能器。换能器应有各种不同频率 的规格，以满足不同要求的测试。
声波在试样中传播时，其波动方程是很复杂 的，一般情况下已不符合平面场的理论。若想符合 平面场理论，必须提高声波的发射频率，使岩样边 界对波速的影响降到可以忽略不计的程度，理论上 要求D>> 。对于室内岩样，一般D为5cm，则 f=1MHz，一般情况下难以达到。
岩石声波测速实验报告
岩石声波测速实验报告
实验目的：通过声波测速方法测量不同岩石样品的声速，并分析其成因。
实验原理：
声波测速是一种常用的岩石物理实验方法，通过测量声波在岩石中的传播速度来推测岩石的物理性质和结构。实验中常用的声波传播模式有纵波和横波两种。
实验步骤：
1.准备工作：选择不同类型的岩石样品，保证其表面光滑且无任何裂纹。准备声波源和接收器。
2.实验装置：将声波源和接收器分别固定在两个相对的位置上，使它们与样品成一直线。调节声波源和接收器的间距为固定值。
3.实验操作：发射一个短脉冲信号，让声波沿着样品的长度传播。接收器收集到反射的声波信号并传输到计算设备上。
4.数据处理：通过计算接收器接收到声波信号的时间间隔和样品的长度，推算出声波在岩石中的传播速度。
实验结果与讨论：
根据实验数据计算出不同岩石样品的声速，并进行分析。
1.实验结果：
将实验数据列成表格，并计算出每个样品的声速。
样品编号岩石类型声速（m/s）
1 花岗岩5000
2 石灰岩3500
3 砂岩2000
2.结果分析：
（1）花岗岩的声速较高，说明其具有较高的密度和硬度。花岗岩中晶粒间的结合较紧密，使声波传播时受到的阻力较小。
（2）石灰岩的声速较花岗岩较低，说明其密度和硬度相对较小。石灰岩中的微小裂缝和孔隙较多，导致声波传播时受到的阻力较大。
（3）砂岩的声速最低，砂岩中含有较多的石英和珍珠岩等成分，这些成分的密度较小，且砂岩中的孔隙较多，造成了声波的衰减，使得声速较低。
结论：
通过声波测速方法，我们成功地测量了不同岩石样品的声速，并分析了其成因。花岗岩具有较高的声速，主要由于其密度和硬度较大；石灰岩的声速较小，与其较多的微小裂缝和孔隙有关；砂岩的声速最低，主要受到其含有的低密度石英和珍珠岩成分以及孔隙的影响。
矿山测试技术岩体声波探测技术
7.3.2.2 声波速度与岩体类型和结构关系2
(2) 声速与岩体结构面的关系 ➢ 结构面的存在使声速降低 ➢ 结构面使声速在岩体中传播形成各向异性： 垂直结构面方向的声速低，平行于结构而方向的声速高 ➢ 声波速度随岩体风化程度而变化：风化越严重，声速越低 ➢ 评价岩体的结构面情况，可用裂隙系数和完整性系数 (3)岩石的孔隙率关系 孔隙增加，声速下降很快，其关系下可用下式表示
7.3.3 声波振幅特性与岩体特性的关系 声波传播时，振幅随传播的距离增加而减小，出现振
幅衰减 衰减规律与岩体性质、传播条件和波形有关 与声速相比，声波的振幅与岩体性质更为密切 声波探测法的一个重要的理论基础 测量声波的振幅应用较少
波来探测岩体特性 主要是用纵波波速，横波波速，其次是利用波的振幅
特性
7.3.2 声波速度与岩体特性的关系
根据理论分析与实验得知： ➢ 岩体中声波速度与岩体力学性质 ➢ 声波速度与岩体类型和结构有关 ➢ 声波速度与与周围环境有关
声波速度能综合地反映岩体特性
7.3.2.1 声波速度与岩石力学性质性关系1
按波阵面形状声波分类
➢ 球面波：自震源发出的波，其波前构成一个球面 在均匀岩体中，球形震源或点震源将产生的球形波
➢ 柱面波：波前构成一个柱形面 在均匀岩体中，长圆柱体震源或线状震源将产生的柱面波
➢ 平面波：波前构成一个平面 所研究区段取得足够小且距震源足够远，球面波和柱面波也可 视为平面波
岩土工程中超声波检测技术
岩土工程中超声波检测技术
汇报人：
2023-12-21
•超声波检测技术概述
•岩土工程中超声波检测技术应
用
目录
•岩土工程中超声波检测技术优
势与局限性
•岩土工程中超声波检测技术未
来发展趋势
•岩土工程中超声波检测技术实
际应用案例分析
目录
01
超声波检测技术概述
超声波检测技术是一种利用超声波在岩土介质中传播的特性，通过接收和分析反射回波信号，对岩土介质内部结构、性质和缺陷进行检测和评估的技术。
超声波检测技术广泛应用于岩土工程领域，包括地基基础、隧道、地下工程、边
坡等。
通过接收和分析反射回波信号，可以确定岩土介质内部结构、性质和缺陷的位置、大小和形状等
信息。
超声波检测技术具有非破坏性、高精度、高效率等优点，因此在
岩土工程领域得到了广泛应用。
超声波在岩土介质中传播时，会受到介质内部结构、性质和缺陷的影响，产生反射、折射、散射
等现象。
通过超声波检测技术可以对地基基础的密实度、均匀性、承
载力等进行检测和评估。
地基基础检测
在隧道施工过程中，超声波检测技术可以对隧道衬砌厚度、脱空、裂缝等进行检测和评估。
隧道检测
在地下工程施工过程中，超声波检测技术可以对地下结构物内部结构、性质和缺陷进行检测和评估。
地下工程检测
在边坡稳定性分析中，超声波检测技术可以对边坡内部结构、性质和缺陷进行检测和评估。
边坡检测
超声波检测技术应用领域
02
岩土工程中超声波检测技术应用
超声波检测技术可以在不损伤岩土工程结构的情况下进行检测，确保了工程的安全性和稳定性。
无损检测
超声波检测技术适用于各种类型的岩土工程，包括岩石、土壤、混凝土等。
适用范围广
岩体声波检测规范要求
岩体声波检测规范要求
1. 引言
岩体声波检测是一种重要的地质勘探技术，通过在岩石中传播和反射的声波信
号来研究岩石的物理性质。在进行岩体声波检测时，需要遵循一定的规范要求，以保证测试结果的准确性和可靠性。
2. 仪器设备要求
2.1. 声波发射装置- 使用频率范围应符合实验需要，常用的频率范围为2-8kHz。- 发射装置应能够提供稳定和可调节的声波能量。 - 发射装置要求具备可靠的工作
状态指示和故障报警功能。
2.2. 声波接收装置 - 接收装置应能够接受和记录来自岩石中传播的声波信号。 - 接收装置要求具备高灵敏度和低噪声。 - 接收装置需要具备可靠的信号处理和放大
功能。
2.3. 数据记录设备 - 数据记录设备应能够记录和存储声波检测过程中的数据。 - 数据记录设备要求具备较大的存储容量和高速的数据传输能力。 - 数据记录设备需
要支持数据导出和后期数据处理。
3. 实验前准备
3.1. 选择检测点位 - 检测点位应具备代表性，能够全面反映岩石的物理性质。 - 检测点位之间的距离应合理分布，以提高测试的覆盖范围。
3.2. 准备岩石样品 - 准备代表性的岩石样品，确保样本的一致性和可靠性。 - 样品表面应光滑平整，无裂纹和空洞。
3.3. 环境条件控制 - 声波检测需要在室温条件下进行，避免温度对实验结果的
影响。 - 避免强烈的电磁干扰和噪声干扰。
4. 实验过程
4.1. 声波发射 - 将声波发射装置放置在合适的位置。 - 调节合适的发射频率和声波能量。 - 确保发射过程中没有异常情况发生。
4.2. 声波接收 - 将声波接收装置放置在试样的合适位置。 - 确保接收装置的位置稳定，避免任何干扰。 - 接收装置的方向和角度需要与声波传播方向垂直。
声波法测定岩体的完整性系数
六、试验结果 将室内试验获得的岩块中纵波速度 Vcl 和现场测得的岩体中纵波速度Vml 代入下面公式中， 就算得到岩体完整性系数(龟裂系数) Kv。
Wuhan University of Science & Tech
七、试验记录报告 Wuhan University of Science & Tech
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其它要求： 试件数量不应少于3个； 试件描述应包含的内容：岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度等。
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5.1.2试验步骤
第一步：制备试件：制备，描述等； 第二步：测定纵波传播时间tcl ：用凡士林或黄油耦合； 第三步：测定设备零延时t0。 第四步：数据整理
5.1.1试件制备
试件可用岩芯或岩块加工制成。 尺寸要求：
圆柱体直径48~54mm之间； 含水颗粒的岩石试件的直径应大于岩石最大颗粒尺寸的10倍； 试件高度与直径之2.0~2.5. 精度要求： 试件两端面不平整度误差不大于0.05mm； 沿试件高度的直径误差不大于0.3mm； 端面与轴线垂直偏差不大于0.25°；
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岩石声波测试
4、地质描述包括的内容
①测区岩石名称、结构及主要矿物成分； ②结构面产状、宽度、充填物性状、延伸方向及其与测线的相互关系； ③测区地质展示图及剖面图； ④钻孔柱状图；
5、岩体表面声波测试准备的规定
①测点应进行编号，测点表面应修凿平整； ②测量震源与换能器中心的距离应准确至0.01m； ③纵波换能器与岩体应采用清水、黄油、凡士林或石膏材料进行耦合。 ④横波换能器与岩体应采用铝箔或铜箔进行耦合
5、测试成果以及计算公式
①岩块纵波速度和横波速度计算公式：
②岩块动弹性参数计算公式：
③整理同组试件测试成果时，应给出每一试件的测值； ④计算值取三位有效数字
6、测试记录包括的内容
①工程名称； ②岩石名称； ③取样部位； ④试件编号； ⑤试件描述； ⑥试件尺寸；
⑦测试方法； ⑧换能器间的距离； ⑨传播时间； ⑩仪器系统的零延时； ⑪测试人员； ⑫测试时间；
3、测试布置的规定
①测区应布置在具有代表性的工程岩体部位； ②测线布置宜平行或垂直主要结构面或主要受力方向； ③测点宜布置在岩石较均匀、表面较平整的部位； ④采用换能器激发震源时，震源与接收点的距离不应大于3m； ⑤采用锤击震源时，震源与接收点的距离宜为3~10m； ⑥采用电火花震源时，震源与接收点的距离宜为10~30m； ⑦单孔声波测试发射换能器与接收换能器的距离宜为0.3m或0.5m,测试点距宜为0.2m； ⑧孔间穿透声波测试的两钻孔轴线宜在同一平面内且相互平行，测试点距宜为0.2~1.0m；
隧道岩石声波波速测试
隧道岩石声波波速测试
附件
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、
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《岩体测试技术》课程结业论文
岩体声波测试技术原理及在工程中的应用
学院：XXX
专业班级：XXX
姓名：XXX
学号：XXX
岩体声波测试技术原理及在工程中的应用
XXX
（XXXX，XX XX）
摘要：声波测试技术现已变成一种常规的勘测技术，在工程地质中的应用越来越广泛这主要的原因就在于它设备简单、测试而广、经济实用，结合地质能较全而地提供岩石及岩体的多种物理力学的动态指标。本文介绍了声波测试技术的基本原理和在工程中的应用实例。
关键词：声波岩体测试泊松比纵波
1概述
在岩体中传播的声波是机械波。由于其作用力的量级所引起的变形在线性围，符合虎克定律，也可称其为弹性波。岩体声波检测（Rock Mass Sound Wave Detecting）所使用的波动频率从几百赫到50千赫（现场岩体原位测试）及100到1000千赫（岩石样品测试），覆盖了声频到超声频频段，但在检测声学领域简称其为“声波检测”。应提及的是：这里所阐述的声波检测还包含一些被动声波检测，即不需要振源的地声检测技术概述。
1.1岩体声波检测技术的进展概述
我国岩体声波检测技术应用研究，是在上世纪六十年代中期开始的。它的起步借鉴了金属超声检测和水声探测技术，从仪器研发、换能器的仿制到研制，现场原位检测及室试件测试方法研究，经历了四十个春秋，是在一代科技工作者多学科群体的努力下完成的；
到今天，检测仪器由第一代电子管式、第二代晶体管式、第三代小规模集成电路式，发展到今天的第四代，即由声波发射电路、大规模集成电路的数据采集系统、计算机嵌入式主板、操作系统软件、信号分析处理软件等组成，成为具有一定智能分析功能的声波检测分析仪，换能器多达十余个品种；
由纵波测试应用发展到横波测试；由声学参量声时的应用，发展到波幅、频率的应用。
目前，声波检测技术纳入了不同行业的多个规程、规，说明该项技术的发展成熟程度。
1.2岩体声波检测使用的频率
2声波传播基本理论
2.1声波基础知识
2.1.1声波概念
发声体产生的振动在空气或其他物质中的传播叫做声波。声波借助各种介质向四面八方传播。声波是频率在20~20000Hz围的振动波，低于20Hz为次声波，高于20000Hz为超声波。
2.1.2声波的种类
无限介质中的波存在两种波：纵波，横波。纵波的质点振动方与波传播方向相平行，横波的质点振动方与波传播方向相垂直。声波是一种纵波，是弹性介质中传播着的压力振动。但在固体中传播时，也可以同时有纵波及横波。
2.2声波的声速
岩体声波检测技术得到广泛应用，有着完善的物理基础。首先，我们讨论岩体的
声速与岩体物性间的关系。鉴于岩体的结构特征，和检测的对象既有大块的岩体，也有小尺寸的岩石试件，由固体中波动方程的解可知，岩体或岩石的几何尺寸与声波波长相对关系的不同，边界条件是不一样的，声速的表达式也不一样，有必要对它们分别讨论。 2.2.1无限固体介质中的声速
无限体(介质)指的是介质的尺寸远比波长大，理论及实验证明当介质与声波传播方向相垂直的尺寸D ，存在D ＞( 2~5 )，此时的介质可认为是无限体。
无限体纵波的声波传播速度：
()()()
μμμρ2111-+-⨯
=
E
ＰＶ （1）
无限体横波的声波传播速度：
)
1(21
μρ
ρ
+⨯
=
=
E
G
ＳＶ （2）
式中 Ｅ――弹性模量（Pa ）
Ｇ――剪切模量（Pa ） ――泊松比（无量纲） ――质量密度（kg/m 3）
2.2.2有限固体介质中的声速 2.2.2.1一维杆的声速
(1) 一维杆的边界条件：当固体介质的尺寸和波长满足下列关系称为一维杆。即：
L
D D
5
12<> λ
式中 ――波长
D ――一维杆直径 L ――一维杆的长度 (2) 一维杆轴线方向的纵波声速为:
ρ
E
V B =
（3）
显然，VB 与无限体的纵波声速相差
()()()
μμμ2111-+-，当
=0.2～0.25，
B P V V ）－1.105.1(=
(3) 论述一维杆的声速的目的是：在测取岩石试件的声速时，岩石试件可能是圆柱体，也可能是长方体，故不可以把岩石试件的尺寸加工成一维杆，因为这时测出的声速是（3）式的一维杆的声速，不是无限体的声速，其值不能代表现场测到的岩石无限体的声速，也不能作为计算岩体完整性指数的V PR 值。
(4) 如果把岩石试件有意加工成一维杆，测其轴向声速，再按（3）式可以测算出岩石的弹性模量。 2.2.2.2二维板的声速
当岩体的尺寸满足二维板的边界时，即在X 及Y 方向的尺寸远大于Z 方向尺寸，且Z 方向的尺寸Lz ＜
时，二维板在X 及Y 方向的声速如下：
()
2
121
μρ+=
E
V P (4)
板状建筑石材的声波检测，对垂直于厚度方向的纵波声速，应按式（4）式来考虑，同样可以用声速来确定其完整性及动弹性力学性能。 2.2.3声速与岩体性质关系 2.2.3.1声速与裂隙的关系
表2 裂隙发育程度与声速之间关系
岩体是多裂隙非均匀介质，裂隙的
发育影响着岩体的稳定性,室模拟
及大量现场测试数据证实，随着裂
隙的发育，声波在岩体将产生绕
射、折射以及多次反射，造成声线
拉长，使传播时间，随裂隙的发育而增大，“视声速”降低，表2示出这一关系。为了用声速值定量说明裂隙发育程度，可测量待定岩体的声速V pm，及岩石标准试件的声速V pr。(因试件仅有少量裂隙故V pr>V pm)，并以(V2pr-V2pm)/V2pr，和(V pm/V pr)2分别表征岩体裂隙系数及完整性系数。它已成为评价岩体完整程度的重要参数。
2.2.
3.2声速与孔隙率的关系
岩体孔隙率影响着声速.目前仍延用的韦里(Wyllie)公式，建立在将多孔隙岩体近似等效为多孔的岩体骨架(1-)，及孔所充填的介质()两部分组成。声波在其传播的时间，可视为
式中V p、V pl、V pm分别为多孔岩体、充填介质、岩体骨架的纵波声速，为孔隙率，则
式中t为总的声时，t j、t m分别为充填介质及岩石骨架的声时，可见孔隙率是声速的相关函数。韦里公式是不完善的，未能考虑传播中的许多复杂因素，故与实