声波探测技术和地质雷达检测
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5
测试方法
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：
指所利用的声波由声波仪的发射系统或槌击、爆 炸方式产生。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。
被动测试：
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。
6
应用
1．利用声波参数结合地质因素，对工程岩体进行分类、分级；
2．利用声波探测技术评价地下工程围岩的稳定性，包括围岩松弛 带范围的测定和围岩稳定性的定期观测；
3．利用声波探测技术，进行工程地质勘探钻孔及孔间地质剖面分 层，确定风化层厚度，为设计开挖及处理提供依据； 4．岩石和岩体的物理力学性质的测定。如动弹性模量、泊松比等 ； 5．岩体中存在缺陷，如构造断裂、岩溶洞穴的位置、规模，张开 裂缝的延伸方向和长度的探测； 6．工程岩体施工及加固措施效果的检测，如爆破、喷锚支护、注 浆的质量检查。
换能器的布置方法：
穿透法 室内实验（非同一平面） 现场测试 岩体表面透射直达波 孔间岩体透射直达波
18
4、声波探测仪器设备和使用
反射法（同一岩面）
绕射波 剖面法
19
4、声波探测仪器设备和使用
测试方法的确定：
测试地点的选择 指定区域、代表性地段，减少工作量
对测孔的要求 测量和记录孔的位置和相关信息
P0
P2
9
2、声波的传播规律
考虑垂直入射，θ1 =0 则S1=S2=0
反射系数： nP1 2V2 1V1 P0 2V2 1V1
透射系数： TP2 21V1 P0 2V2 1V1
波阻抗：介质密度
P0
与波速之积。
声波反射条件：
界面上下介质的波阻抗 之差；波阻抗差越大， 反射越强；
问题：波阻抗差为零时，如何？ 10
(4)岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低。 (5) 应力的关系：压应力方向上声波速度高。
(6)孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩 体波速高。
13
4、声波探测仪器设备和使用
岩体声波探测是声波发射、传播及接受显示的过程。 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。其中 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。
声波探测技术和地质雷达检测
水工结构2班 顾浩钦 1030202035
完整版课件
2011年5月
1
2 2
1、概述
弹性波：
振动在弹性介质中的传播，形成了弹性波 声波是弹性波的一种
声波的概念（20－20000HZ ）
波动是物质运动的一种形式，声波是波动中机械波的一种，是 介质中振动的质点，将振动的能量传递给给周围的质点，引起周 围质点的振动，从而以波动的形式将声能向外传播。
16
4、声波探测仪器设备和使用
电声换能器的工作原理
换能器种类繁多，性能各异。声波探 测使用的是电声换能器，它是声波仪的重 要组成部分。
发射换能器：可以将发射机送来的
电能转换为弹性振动形式的机械能， 从而产生声波和超声波。
接收换能器：将接受到的岩体中
的弹性波转换为电能，然后输送给 接收机。
17
4、声波探测仪器设备和使用
特点 声波探测技术属于无损检测的方法，因此具有其 他破坏性实验没有的优点。
4
1、概述
声波探测技术和地震勘探一样，也是利用岩石弹性的物探 方法，而且都以弹性理论作为本方法的理论基础。 区别：
声波探测所利用的是频率大大高于地震波的声波或超声 波，其频率一般为一千赫兹至几兆赫兹。
与地震勘探相比，由于声波的频率高、波长短、受岩石 的吸收和散射比较严重，因此声波探测对岩体的了解较为细 致而探测范围较小，但具有简便、快速、经济、便于重复测 试、对测试的岩体(岩石)无破坏作用等优点。所以声波探测 已成为工程与环境检测中不可缺少的手段之一。
根据发射和接收换能器之间 的距离l，及声波在岩体中的旅行 时间t ，即可由下式计算被测岩 体的波速V
14
4、声波探测仪器设备和使用
中国中铁西南科学研究院有限公司是我国从事岩体声波 探测技术研究的发起单位之一，从1973年引进第一代声波仪 起，先后开发、研制了五代声波探测仪。
15
4、声波探测仪器设备和使用
7
2、声波的传播规律
百度文库
二、声波的反射、透射和折射
斯奈尔定律： sin1sin2sirn 1sirn2
VP1 VP2 Vs1 Vs2
P0
γ1
θ
θ1
S1 P1
γ2 θ2 P2
S2
8
2、声波的传播规律
二、声波的反射、透射和折射
入射角和折射角的关系
sin VP1 sin 2 VP2
临界角
sin VP0 VP2
波阻抗
S1
γ1
P1
θ1
1 V1
γ2 θ2
S2
2 V2
P2
3、声波探测技术
1 声波的利用：波速、振幅、频率、波形等；目前利 用最多的是波速，特别是纵波波速。
2 弹性参数：
Vp
2G
E(1) (1)1(2)
Vs
G
E
2(1)
0 .8 7 1 .12 E 0 .8 7 1 .12 V R 1 2 (1 ) 1 V s
Cm>0.75 完整性好
0.75>Cm>0.45 完整性较好
11
3、声波探测技术
影响岩体（石）波速的主要因素：
(1)岩石越致密，岩体声速越高。波速公式中，波速与
密度成反比，但密度增高，弹性模量将有大幅度的增高， 因而波速也将越高。
(2)结构面的存在，使得声速降低。并使声波在岩体 中传播时存在各向异性。垂直结构面方向声速低， 平行于结构面方向声速高。
12
3、声波探测技术 影响岩体（石）波速的主要因素：
声波探测的应用依据：
目前所用的声波测试方法，以测量声波在介质中传播的时间 和在介质中传播一定距离后脉冲（或振幅）的衰减值为依据.
3
1、概述
声波探测技术： 声波探测技术是一种岩石（体）测试技术。用声 波仪测试声源激发的弹性波在岩体(岩石)中的传播 情况，借以研究岩体(岩石)的物理性质和构造特征 的方法，称为声波探测。
表面的处理 耦合剂
换能器和被测表面良好接触 探测频率的选择：20KHz
20
5、声波探测技术应用的应用 地质、岩土、结构工程
1 地质工程： 1）围岩松弛带的测试
21
5、声波探测技术应用的应用
22
5、声波探测技术应用的应用 1 地质工程： 2）评价完整性程度，估算岩体强度。
据完整性系数进行岩体质量分级
测试方法
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：
指所利用的声波由声波仪的发射系统或槌击、爆 炸方式产生。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。
被动测试：
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。
6
应用
1．利用声波参数结合地质因素，对工程岩体进行分类、分级；
2．利用声波探测技术评价地下工程围岩的稳定性，包括围岩松弛 带范围的测定和围岩稳定性的定期观测；
3．利用声波探测技术，进行工程地质勘探钻孔及孔间地质剖面分 层，确定风化层厚度，为设计开挖及处理提供依据； 4．岩石和岩体的物理力学性质的测定。如动弹性模量、泊松比等 ； 5．岩体中存在缺陷，如构造断裂、岩溶洞穴的位置、规模，张开 裂缝的延伸方向和长度的探测； 6．工程岩体施工及加固措施效果的检测，如爆破、喷锚支护、注 浆的质量检查。
换能器的布置方法：
穿透法 室内实验（非同一平面） 现场测试 岩体表面透射直达波 孔间岩体透射直达波
18
4、声波探测仪器设备和使用
反射法（同一岩面）
绕射波 剖面法
19
4、声波探测仪器设备和使用
测试方法的确定：
测试地点的选择 指定区域、代表性地段，减少工作量
对测孔的要求 测量和记录孔的位置和相关信息
P0
P2
9
2、声波的传播规律
考虑垂直入射，θ1 =0 则S1=S2=0
反射系数： nP1 2V2 1V1 P0 2V2 1V1
透射系数： TP2 21V1 P0 2V2 1V1
波阻抗：介质密度
P0
与波速之积。
声波反射条件：
界面上下介质的波阻抗 之差；波阻抗差越大， 反射越强；
问题：波阻抗差为零时，如何？ 10
(4)岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低。 (5) 应力的关系：压应力方向上声波速度高。
(6)孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩 体波速高。
13
4、声波探测仪器设备和使用
岩体声波探测是声波发射、传播及接受显示的过程。 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。其中 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。
声波探测技术和地质雷达检测
水工结构2班 顾浩钦 1030202035
完整版课件
2011年5月
1
2 2
1、概述
弹性波：
振动在弹性介质中的传播，形成了弹性波 声波是弹性波的一种
声波的概念（20－20000HZ ）
波动是物质运动的一种形式，声波是波动中机械波的一种，是 介质中振动的质点，将振动的能量传递给给周围的质点，引起周 围质点的振动，从而以波动的形式将声能向外传播。
16
4、声波探测仪器设备和使用
电声换能器的工作原理
换能器种类繁多，性能各异。声波探 测使用的是电声换能器，它是声波仪的重 要组成部分。
发射换能器：可以将发射机送来的
电能转换为弹性振动形式的机械能， 从而产生声波和超声波。
接收换能器：将接受到的岩体中
的弹性波转换为电能，然后输送给 接收机。
17
4、声波探测仪器设备和使用
特点 声波探测技术属于无损检测的方法，因此具有其 他破坏性实验没有的优点。
4
1、概述
声波探测技术和地震勘探一样，也是利用岩石弹性的物探 方法，而且都以弹性理论作为本方法的理论基础。 区别：
声波探测所利用的是频率大大高于地震波的声波或超声 波，其频率一般为一千赫兹至几兆赫兹。
与地震勘探相比，由于声波的频率高、波长短、受岩石 的吸收和散射比较严重，因此声波探测对岩体的了解较为细 致而探测范围较小，但具有简便、快速、经济、便于重复测 试、对测试的岩体(岩石)无破坏作用等优点。所以声波探测 已成为工程与环境检测中不可缺少的手段之一。
根据发射和接收换能器之间 的距离l，及声波在岩体中的旅行 时间t ，即可由下式计算被测岩 体的波速V
14
4、声波探测仪器设备和使用
中国中铁西南科学研究院有限公司是我国从事岩体声波 探测技术研究的发起单位之一，从1973年引进第一代声波仪 起，先后开发、研制了五代声波探测仪。
15
4、声波探测仪器设备和使用
7
2、声波的传播规律
百度文库
二、声波的反射、透射和折射
斯奈尔定律： sin1sin2sirn 1sirn2
VP1 VP2 Vs1 Vs2
P0
γ1
θ
θ1
S1 P1
γ2 θ2 P2
S2
8
2、声波的传播规律
二、声波的反射、透射和折射
入射角和折射角的关系
sin VP1 sin 2 VP2
临界角
sin VP0 VP2
波阻抗
S1
γ1
P1
θ1
1 V1
γ2 θ2
S2
2 V2
P2
3、声波探测技术
1 声波的利用：波速、振幅、频率、波形等；目前利 用最多的是波速，特别是纵波波速。
2 弹性参数：
Vp
2G
E(1) (1)1(2)
Vs
G
E
2(1)
0 .8 7 1 .12 E 0 .8 7 1 .12 V R 1 2 (1 ) 1 V s
Cm>0.75 完整性好
0.75>Cm>0.45 完整性较好
11
3、声波探测技术
影响岩体（石）波速的主要因素：
(1)岩石越致密，岩体声速越高。波速公式中，波速与
密度成反比，但密度增高，弹性模量将有大幅度的增高， 因而波速也将越高。
(2)结构面的存在，使得声速降低。并使声波在岩体 中传播时存在各向异性。垂直结构面方向声速低， 平行于结构面方向声速高。
12
3、声波探测技术 影响岩体（石）波速的主要因素：
声波探测的应用依据：
目前所用的声波测试方法，以测量声波在介质中传播的时间 和在介质中传播一定距离后脉冲（或振幅）的衰减值为依据.
3
1、概述
声波探测技术： 声波探测技术是一种岩石（体）测试技术。用声 波仪测试声源激发的弹性波在岩体(岩石)中的传播 情况，借以研究岩体(岩石)的物理性质和构造特征 的方法，称为声波探测。
表面的处理 耦合剂
换能器和被测表面良好接触 探测频率的选择：20KHz
20
5、声波探测技术应用的应用 地质、岩土、结构工程
1 地质工程： 1）围岩松弛带的测试
21
5、声波探测技术应用的应用
22
5、声波探测技术应用的应用 1 地质工程： 2）评价完整性程度，估算岩体强度。
据完整性系数进行岩体质量分级