干孔中的(超)声波测试

m ·s- 1
Λs
m ·s- 1
误差 %
62
3 387 65
3 231 - 4. 8
60
3 500 63
3 333 - 5. 0
63
3 333 60
3 500 + 4. 7
64
3 281 61
3 442 + 4. 6
两接收换能器的间距 ∃X : 21 cm
波速误差绝对值的平均值: 4. 77%
( 2) 1998 年 3 月, 笔者在某国道勘探工程的声 波测试工作中, 又进行了实地实验, 结果见表 2 所 示。
5 结 论
实验表明, 用本文的方法和装置, 完全可以高 效、低成本地实现干孔的 (超) 声波测试。测试误差 是随机性的, 而非系统性的, 且在 5% 内, 完全满足 工程要求。无须专门的干孔测试探头, 无须对原探 头做任何改动, 装卸简便, 探头一物两用, 成本低。
(陕西省地震局 西安 710068) (陕西工程勘察研究院 西安 710068)
摘要 提出了一种干孔 (超) 声波测试方法, 介绍了一种相应的干孔耦合装置, 使用简便有效, 成本低。 关键词 声波测试, 干孔, 耦合 分类号 O 426. 2
1 前 言
在岩土工程勘察中, 经常要进行岩体 (超) 声波 波速测试。其工艺程序是[ 1 ]:
第 18 卷 第 5 期
石建梁等. 干孔中的 (超) 声波测试
·579·
3 耦合装置
笔者针对湖南湘潭市无线电厂生产的 FSS240 kH z 型一发双收探头, 研制了一种 SW 21 型干孔耦 合装置。主要由乳胶囊、装夹头和水槽等部件构成, 其主要特点有:
(1) 适用于高山、深沟等野外环境, 无需增加任 何动力或设备;
深度 m
48. 0 53. 0 57. 0 63. 0 67. 0 71. 0 73. 0 77. 0 80. 0 82. 0 84. 0
使用 SW 2装置干孔测试
时差 ∃T Λs
P 波波速 V m ·s- 1
44
4 700
48
4 334
47
4 499
44
4 797
49
4 231
63
3 310
65
3 213
2 529
27. 0
52
4 013 54
3 860
30. 0
59
3 534 55
3 793
33. 0
47
4 477 45
4 681
38. 0
46
4 512 48
4 400
波速 误差
%
+ 3. 4 - 1. 5 - 1. 4 - 5. 2 + 4. 1 + 1. 9 - 4. 2 - 4. 0 + 6. 8 + 4. 4 - 2. 5
(1 S hanx i E a rthquake B u reau , X i′an 710068 C h ina) (2 S hanx i E ng ineering E xp lora tion Institu te, X i′an 710068 C h ina)
Abstract A m ethod fo r sup erson ic w ave test ing and a new co rrela t ive coup le device u sed in d rill ho le w ithou t w a ter a re in t roduced. It is of sim p licity, effect ivity and low co st. Key words sup erson ic w ave test ing, d rill ho le w ithou t w a ter, coup le
4 测试结果
(1) 笔者于 1998 年元月, 在一种长 4. 2 m 的钢 筋混凝土楼板的直径约为 9 cm 的空孔中, 做了一个
对比实验。首先用 SW 21 型装置, 装在 FSS240 kH z 探头上, 用 SYC22 型非金属超声测试仪, 进行测试, 结果如表 1 所示。
随后, 取掉 SW 21 装置, 将孔中注满水测试, 结 果也列于表 1, 以便对比分析。
表 2 隧道声波测试工程中的实地实验结果 Table 2 Exper im en ta l results in a tunnel explora tion site
使用 SW 2装置干孔测试
有水测试
深度 m
时差 ∃T P 波波速 V 时差 ∃T P 波波速 V
Λs
m ·s- 1
Λs
m ·s- 1
但若钻孔中没有水, 则无法进行测试。本文介绍 了一种干孔 (超) 声波波速测试方法及相应的装置。
2 测试原理
将整个一发双收探头放入一个特制的乳胶囊中, 该乳胶囊的下部与一个水槽相连通且密封; 上部通 过一个特制的装夹头与探头相连且密封, 在装夹头 上有一个可封闭的排气孔。
用一足够长的输气管从地面上通入水槽底部的 一个特制的压水装置。从地面上向输气管中充气, 压 水装置就可将水槽中的水由下而上压入乳胶囊中。 由于乳胶囊是在一定压力下膨胀, 通过连续加压, 它 就能充分紧贴孔壁。由于水的连续性与填充性和乳 胶 囊 的 延 伸 性, 加 之 乳 胶 囊 膨 胀 后 很 薄 ( < 0. 10 mm ) , 无论孔壁完整、破碎状况如何, 都绝妙地实现
乳胶囊特制为仅在发射换能器和接收换能器的 部位可膨胀, 在其他部位不膨胀。这就大大地减少了 乳胶囊膨胀所需要的水量, 使水槽体积最大限度地 缩小, 减少了探头在孔中移动的困难以及充气和排 气的工作量。
1998 年 8 月 27 日收到初稿, 1998 年 10 月 27 日收到修改稿。 作者 石建梁 简介: 男, 34 岁, 硕士, 1986 年毕业于西安交通大学工程力学系应用力学专业, 现任工程师, 主要从事工程勘察与地震工程方面的 研究工作。
了耦合, 保持了探头的环形发射与环形接收功能; 克 服了有人曾做过的、仅靠水的自重使胶囊膨胀, 从而 贴壁不紧、能量损失较大的缺点。如图 1 所示。
图 1 测试原理示意图 F ig. 1 D iag ram of testing p rincip le
在探头下井前, 先充气, 将水槽中的水压入乳胶 囊中, 直到从其上部的排气孔中排出水来。然后用螺 钉将排气孔封住, 再放气。由于此后乳胶囊中已再无 空气, 水便在重力、大气压力和乳胶囊的收缩作用 下, 回到水槽中。而乳胶囊也就紧缩在探头上, 减少 了其在孔中上下移动时的破损率。而后再将探头放 入孔中, 便可以自如地上下移动。
3 143
波速误差 %
- 2. 6 + 5. 4 + 3. 9 - 0. 3 - 3. 9 - 5. 3 + 3. 6 + 0. 6 - 10. + 7. 7 - 1. 0
43. 0
45
4 663 43
4 889 + 4. 6 两接收换能器的间距 ∃X : 21 cm 波速误差绝对值的平均值: 3. 84%
第18 卷 第 5 期 1999 年 10 月
岩石力学与工程学报
C h inese J ou rna l of R ock M echan ics and E ng ineering
18 (5) : 497～ 502 O ct. , 1999
干孔中的 (超) 声波测试
石建梁 韩许恒 武自刚
表 1 楼板空孔中的测试实验结果 Table 1 Exper im en ta l results in the hole of a
f loor pla te
深度 m
1. 0 1. 5 2. 0 2. 5
使用 SW 2装置干孔测试
有水测试
波速
时差 ∃T P 波波速 V 时差 ∃T P 波波速 V
Λs
68
3 081
61
3 425
72
2 902
66
3 175
有水测试
时差 ∃T Λs
P 波波速 V m ·s- 1
46
4 583
46
4 583
45
4 681
44
4 783
51
4 074
66
3 143
源自文库 63
3 333
68
3 099
68
3 099
67
3 143
67
国家计委下达 1999 年国家重点建设项目名单 (102 项)
据新华社报道, 国家已下达 1999 年国家重点建设项目名单 (102 项) , 其中与岩土工程有关的有: (1) 水利项目: 宁夏杨黄扶贫灌溉工程, 黄河小浪底水利枢纽工程, 黄河万家寨水利枢纽工程, 治淮工程 (怀洪新河、沂沭 氵四洪水东调南下近期工程) , 太湖综合治理工程 (望虞河工程、太浦河工程、杭嘉湖南排工程) , 浙江珊溪水利枢纽工程 (地方项 目) , 洞庭湖治理二期工程 (堤防加固及洪道整治工程) , 湖南江垭水利枢纽工程, 甘肃引大入秦工程 (地方项目) , 甘肃疏勒河农 业灌溉及移民综合开发工程 (地方项目) , 新疆乌鲁瓦提水利枢纽工程 (地方项目)。 (2) 铁道项目: 包西铁路神木北至延安北, 内昆线, 水株复线, 西安安康线, 邯济线, 安徽芜湖长江大桥, 南疆铁路, 成昆 线电化, 宝成复线, 哈大线电化, 新菏兖石复线一、二期工程, 达万线, 朔黄铁路。 (3) 交通项目: 广州港新沙港区一期, 川藏公路, 广西防城港二期工程, 秦皇岛港戊已码头, 烟台港西港池三期, 黄骅港一 期 工程, 天津港 (地方项目) , 黑龙江哈同公路 (地方项目) , 江苏江阴长江公路桥 (地方项目) , 南京长江第二大桥 (地方项目) , 厦门海沧大桥 (地方项目) , 湖南湘江航运二期工程 (地方项目) , 广西西江航运二期工程 (地方项目) , 京沈高速公路 (地方项目) (宝坻—山海关段、山海关—沈阳段) , 京深高速公路湘潭至耒阳段 (地方项目)。 (4) 煤炭项目: 河北蔚县矿区, 山西晋城矿区, 山西华晋离柳矿区沙曲矿井, 黑龙江双鸭山矿区, 安徽淮南矿区, 安徽淮北 矿区, 山东兖州矿区, 山东枣藤矿区, 河南平顶山矿区, 河南永夏矿区, 甘肃华亭矿区, 神府东胜矿区。 (5) 石油项目: 黑龙江大庆油田开发, 辽宁辽河油田开发, 山东胜利油田开发, 新疆油田开发, 新疆塔里木油田开发, 陕甘 宁长庆油田开发。 (6) 电力项目: 福建棉花滩水电站, 辽长吉哈 50 万伏输变电工程, 华东江苏 50 万伏输变电工程, 长江三峡水利枢纽及 50 万伏输变电工程, 浙江天荒坪抽水蓄能电站, 广州抽水蓄能电站二期、云南大朝山水电站, 天生桥水电站一级及天生桥至广州 50 万伏输变电工程, 四川二滩水电站及 50 万伏输变电工程, 青海李家峡水电站, 河北邯峰电厂, 山西阳城电厂及 50 万伏输变 电工程, 内蒙古伊敏煤电联营一期工程, 辽宁绥中电厂, 江苏扬州二电厂, 浙江北仑港电厂二期, 湖北襄樊电厂, 贵州安顺电 厂, 陕西宝鸡第二电厂, 浙江秦山核电站二、三期工程, 广东岭澳核电站。 (7) 城建项目: 上海轨道交通明珠线一期工程, 深圳地铁一期工程, 河南义马煤气化工程 (地方项目)。 (8) 民航项目: 首都机场航站楼项目, 上海浦东机场 (地方项目)。
7. 0
32
6 643 30
6 875
9. 0
30
6 981 30
6 875
11. 0 141
1 488 143
1 467
14. 0 131
1 607 137
1 528
17. 0 104
2 009 100
2 095
21. 0
82
2 562 80
2 619
24. 0
79
2 634 83
(2) 不受测试深度的影响, 有水孔能测到的深 度, 干孔中 SW 21 装置都能测到;
(3) 独特的装配式结构, 即无须对原探头做任 何改动, 就可通过装夹头和喉卡方便地装卸于原探 头上, 取掉 SW 21 装置后, 丝毫不影响原探头的测 试;
(4) 高压下防渗漏性能好; (5) 简单独特的组合式乳胶囊, 不须专用模具 制作, 充水后仅在发射和接收换能器部位膨胀, 充 分省水, 探头体积小; (6) 水槽中的压水装置简单、经济、有效, 极为 独特; (7) 成本极低, 主要部件都是利用市场上的成 品; (8) 巧妙地使气管从胶囊和水槽中通过, 外形 美观, 而且减小了在孔中上下移动时的困难。
·580·
岩石力学与工程学报
参考文献
1 《工程地质手册》编写委员会编. 工程地质手册. 北京: 中国建筑工
业出版社, 1992
1999 年
SUPERSO N IC W AVE TEST ING IN D R ILL HOL E W ITHO UT W ATER
Sh i J ian liang1 H an Xuheng1 W u Zigang2
(1) 将装有发射与接收换能器的探头放入充满 水的钻孔中;
(2) 地面 (超) 声波仪指令发射换能器发出 (超) 声波, 波动通过水的耦合传入岩体中;
(3) 波动在岩体中传播一段距离后, 再通过水的 耦合传入接收换能器;
(4) 由发射换能器的发射时间与接收换能器的 接收时间差, 以及声波在岩体中的传播距离, 就可得 知岩体的 (超) 声波波速。