第七章_岩体声波测试概述
最新声波法测定岩体的完整性系数知识讲解
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三、试验原理
1、岩石弹性波理论
Vp/ Vs 一般在1.6~1.7之间。 2、声波在含解理裂隙的岩体内的传播特性
的平方。
式中， Vml为岩体纵波速度， Vcl为岩块纵波速度。
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二、试验目的——获取岩体Kv值
1、判断岩体中裂隙发育程度，对岩体进行完整程度划分：
2、计算准岩体准强度 准岩体抗压强度 准岩体抗拉强度
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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。
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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0.25ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ；
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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
七、试验记录报告
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岩石声波实验
0
数据导出：用户可以将数据导出到execl。方法是 在“数据浏览”中，点击“打开文件”后再点击 需要导出的数据文件编号，点击后再点击“数据 导出”按钮。在“请选择需要导出的字段”中按 需要在数据框中打√。然后点击“导出”按钮， 数据按顺序列表导出。
按“退出系统”按钮退出仪器。实验操 作结束后，按注意事项关闭计算机和主 机，并拔下电源插座，收好换能器及配 件，以便下次使用。
“消除干扰设定”： 在测试中有时在从0点到首波起 点范围内有干扰，影响自动读数，此时可以用该方法 “存盘长度”： 在贮存波形时，我们往往不需要首波 消除这些干扰。例如：首波读时在0微秒到180微秒之 后面衰减震荡的叠加减波形，只需要首波后面的几个 “首波开门电平”： 在自动测试和记录采集的数据和波 外，可以输入一个1750的数值在消除干扰设定的框内， 或几十个周期的波形即可，这样可用此程序锁定存盘 形时，往往对首波的振幅有一定的范围限制，可用此值 这样在 0 ～ 175 微秒内的干扰将不影响仪器的正确读 的范围，少占用计算机的内存容量。设定的长度为时 确定首波自动关门电平的确认波，即当测试首波幅度要 数（该值必须大于 2微秒）。该设定在开机时设置为 “一通道 T0 、二通道 T0”： 开机时为0其单位为0.l微 间 → 微秒。 大于该值时仪器才认定为首波。开机设定为 20。 500 ，即 0 ～ 50 微秒内的干扰将不影响仪器的正确 秒，把您测试好的T0值分别输入。 读数。当首波声时小于50微秒时，该值要调整至小于 “一通道试件长度、二通道试件长度”： （开机时为 500 。 1）单位为毫米。（专用仪器单位为0.01毫米），把 您测试的收、发换能器之间的中心距离用尺量好分别 输入（即测试试件的长度）。
“深度参数”： 该程序为跨孔测桩和 一发双收测孔时专用，其中放线方向从 上到下和从下到上，分别指换能器上下 放置的方向。从地面向下放时为从上到 下。从孔底向上提升测试时是从下到上 （一个发射两个接收一次性测三个剖面 时使用）。“初始深度”的概念是指桩 头或从地表面向下不需要测试的范围。 “显示方法”： 连线显示。显示的 “间距”是指换能器每次放置的距离， 波形是计算机连画的。当需要精确 而两个换能器间的间隔距离输入在通道 “发射状态”： 开机为 到0.1微秒测量时，可以改变成点显 的试件长度框内，两者不同。 单次发射。也可以改为 示。配合显示压缩为1。则光标每移 连续发射。外触发空。 动1个点。变化0.1微秒。 “反向显示”： 当两换能器测试到 的首波波形是负相位时。开启反相 显示（因仪器自动读数首波波形为 正相位）。
岩体爆破效应的声波探测
岩体爆破效应的声波探测李晓杰 曲艳东 闫鸿浩 王金相 张越举大连理工大学工程力学系工业装备与结构分析国家重点实验室(大连,116023)[摘 要] 岩体爆破效应的声波探测是通过检测声波在爆破前后的岩体中的声学参数(声波波速、衰减系数、波形、频率、振幅等)的变化,间接地分析岩体内结构状态、力学参量以及爆破震伤程度等的一种测试技术。
探测的结果不仅可以测定岩体的物理、力学特性,而且能定量地判断出爆破前后岩体的变化状态,为爆破设计提供依据,并能正确评价爆破效果。
文章描述声波探测法基本原理,岩石特性对声波波速的影响,岩体爆炸破坏的判断依据,对今后的声波测试技术深入研究提出了一些建议,并展望了在今后工程中的应用前景。
[关键词] 声波探测 弹性波 衰减系数 频率[分类号] T U459.3 T B5231 引言50年代初,国外开发了声波法,60年代,美、日、欧已经广泛研究应用。
60年代末70年代初我国开始研究应用声波探测技术[1]。
经过几十年的努力,声波探测技术无论硬件还是软件都有了长足的发展,其应用范围也进一步拓宽。
与静力学方法相比,其具有简便、快捷、可靠、经济及无破损等特点[2]。
传统的声波探测技术主要是通过探测声波参数,结合地质因素进行工程岩体的分级[3],探测确定地下工程洞室围岩松弛带的范围[4,5],评定围堰稳定性[6]以及进行地质剖面划分和风化界限确定[7],划分岩体爆破破坏范围[8],岩石和岩体物理力学性质测定和推算[9,10],岩体内缺陷如构造断裂、岩溶洞穴、软弱夹层位置及规模的探测确定,地基和岩体加固效果的检测[11]等。
随着声波探测仪器性能和技术指标的不断完善,现在声波探测技术已由传统的声波探测技术向岩体——构件声波探测技术全方位发展,如利用声波探测技术了解岩石的各向异性,对寻找剩油有重要参考价值[12];利用声波时差还可预测岩石可钻性[13]。
本文主要介绍声波探测法基本原理,岩石特性对声波波速的影响,岩体爆炸破坏的判断依据,以及声波探测的不足之处,并展望了声波测试技术在今后工程中的应用前景。
岩体声波测试技术及其在巷道围岩岩体波速测试中的应用
由（ ） （ ） 式可得 到纵 波速 度 及横 波速度 。 ２ 、３ 两
公式 ， 即 及 与介 质 弹性 系数 的关 系 ：
时 、 幅 、 谱 和岩石 的结 构及 应力状 态 有着 一定 的对 振 频
维普资讯
３ ８
铁
道 建 筑
： Ｓ
㈦
时 刻纵 波总 是早 于横 波 出现 。
—
—
体 积 膨胀 系数 ；
Ｆ —— 介质 总 的位移量 。 介 质 中 由于 弹性 波传播 产 生 的 位移 量 （ 是膨 胀 Ｆ） 位 移 势 的梯 度 （
波 动方 程 ：
ｌ ０ ： （ ＋２１ ／）
１２
声 波 在传 播过程 中遇 到 岩体 中不 同介 质 的分界 面
于折 射 波将 以初 至波 的形 式 出现 而 易 于 区别 ， 目前 岩
ｌ了 ： ０— ０ ＝ 一 Nhomakorabea体测 试 主要 以折 射波 为主 。
１２ 岩 体 声 波 测 试 的 物 理 基 础 ．
式 中
——膨 胀 位移 位 函数 ；
— —
旋 转位 移位 函数 。
在 岩体 声波 测试 中 ， 由于外 力 的瞬时 性 和微 弱性 ， 岩石 表 现 为弹性 介质 ， 波 在其 中的 传 播 是 符 合 弹性 声 波传 播 规律 的 。利用 弹性 波 的波动 方程 和 波形 特征来 揭示 岩 体 内部 结 构 和 应 力 状 态 是 可 能 的 。声 波 的走
体 强度 及变 形 特征 ； ２ 岩体 结构 特性 使声 波在 岩体 中的波动 过程 变 得 ）
岩 石 类 型
岩 块 号 走 时 岩 块 长 度 岩 块 波 速
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。
4.3. 数据记录和分析 - 启动数据记录设备，开始记录声波检测过程中的数据。
- 确保数据记录设备正常运行，数据记录稳定。
- 对记录的声波数据进行分析和处理，得出有关岩石物性的参数。
工程地质知识：岩块声波速度测试进行步骤.doc
工程地质知识：岩块声波速度测试进行步骤
（1）选用换能器的发射频率，应满足下列公式要求：（2）测定纵波速度时，耦合剂宜采用凡士林或黄油。
测定横波速
度时，耦合剂宜采用铝箔或铜箔。
（3）可采用直透法或平透法布置换能器，并应量测两换能器中心的距离。
（4）对非受力状态下的测试，应将试件置于测试架上，对换能器
施加约 0.05MPa的压力，测读纵波或横波在试件中行走的时间。
对受力状态下的测试，宜与单轴压缩变形试验同时进行。
（5）测试结束后，应测定超声波在标准有机玻璃棒中的传播时间，绘制时距曲线并确定仪器系统的零延时，或将发射、接收换能器对接，测读零延时。
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。
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七、试验记录报告 Wuhan University of Science & Tech
岩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，对岩体中的波动过程产生了一系列的影响，如反射、折射、绕射和散射等。尤其 是绕射，声波遇到岩体中的裂隙时发生绕射，影响走时，裂隙愈多速度就越小。
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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°；
声波法测定岩体的完整性系 数
目录
1
基本概念
2
试验目的
3
试验原理
4
仪器设备
5
试验内容
6
试验结果
7
试验记录报告
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一、基本概念 岩体完整性系数Kv(也称“龟裂系数”)
定义：岩体中弹性波纵波传播速度与岩块中弹性波纵波传播速度比的平方。 式中， Vml为岩体纵波速度， Vcl为岩块纵波速度。
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采用折射波法（即平透法）时，将换能器布置在试件同一侧，并用游标卡尺测量发 射换能器与试件接触面的中心点到接收换能器与试件接触面的中心点之间的距离； ⑥非受力状态下，测试时应将试件置于测试架上，对发射和接收换能器施加约50kPa 的压力，测试纵波或横波在试件中的传播时间；
⑦根据需要，进行受力状态下的声波测试，宜与单轴压缩变形试验同时进行。测试时 应采用承压式声波换能器，测定试件受力方向纵波或横波在试件中的传播时间； ⑧更换换能器时，按①规定测定仪器系统的零延时； ⑨距离测量应准确至0.1mm,时间测量应准确至0.1μs；
1、分类以及适用
①纵波速度测试； ②横波速度测试； 适用于能制成规则试件的各类岩石。
2、主要仪器和设备
<1>钻石机、锯石机、磨石机； <2>岩石声波参数测试仪： 1.主要技术要求： ①发射脉冲电压不应小于250V； ②接收放大器的频带宽宜为50kHz~1MHz,总增益应大于80dB，并分档连续可调； ③计时器的最小读数为0.1μs，量程不应小于10000μs；
⑥利用横波换能器测定横波的传播时间；
8、测试成果以及计算公式
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：
第7章 岩土工程原位测试
1 载荷试验
承压板的尺寸要与实际基础接近则难于达到，因为承压 板的面积太大，对设备的质量要求也越高；而承压板面积过 小，则影响地基土的沉降量和极限荷载值。一般来说，地基 土的极限荷载会因承压板的宽度或直径b过小而降低（s增 大），但b值过大极限荷载增加也不明显，因此，在确定承压 板尺寸时，既不能过小，也不必太大。 由于承压板的尺寸大小对评定地基土承载力有一定的影 响。为统一试验条件，使试验结果具有可比性。我国的大部 分勘察规范规定承压板面积以0.25-0.50 ㎡为主，另外还有 0.1和1.0㎡。
1 静力载荷试验
1.1.3 载荷试验的适用条件 浅层平板载荷试验 适用于地表浅层地基土（包括各种填土和碎石土） 深层平板载荷试验 适用于埋深等于或大于5.0m和地下水位以上的地基土 螺旋板载荷试验 适用于深层地基或地下水位以下的土层 复合地基载荷试验
用于测定承压板下应力主要影响范围内复合土层的承载力和变形参数 岩基载荷试验
用于确定完整、较完整、较破碎岩基作为天然地基或桩基础持力层时的承载力。 1.1.4 载荷试验的优点 对地基土不产生扰动，确定地基承载力最可靠、最具代表性，可直接用于工程设计，还可 用于预估建筑物的沉降量，对大型工程、重要建筑物，载荷试验一般不可少，是世界各国用以 确定地基承载力的最主要方法，也是比较其它原位测试成果的基础。
概述
0.2 原位测试方法 《岩土工程勘察规范》（GB5002l-2001）所列的原位测 试方法有：载荷试验、静力触探、圆锥动力触探、标准贯入 试验、十字板剪切试验、旁压试验、扁铲侧胀试验、现场直 接剪切试验、波速测试、岩体原位应力测试和激振法测试。 静力触探、圆锥动力触探、标准贯入试验——触探试验 十字板剪切试验、直接剪切试验——剪切试验 旁压试验、扁铲侧胀试验——侧胀试验 声波测试、弹性波波速测试、激振法测试——动力参数
超声波探测
都是以研究弹性波在岩土介质中的传播规律、特征为基础的。 声、超声波在不同类型的介质中传播具有不同的特性。当岩 土介质的成分、结构、密度等因素发生变化时，声波的传播 速度、能量衰减以及频谱都将发生相应的变化，当超声、声 波在传播过程中遇到不同分界面时，也会发生波的反射 、折 射和绕射，也会产生转换波。和工程地震勘察一样，当岩石 介质和结构物的构成材料、均匀度、施工条件等内外因素基 本一致时，声、超声波在其中的传播参数基本一致；而岩土 介质和结构物中存在缺陷时，声、超声波在其中的传播过程 就会发生绕射、折射、反射、能量的衰减等现象，使声时、 声速、声幅、频率都产生变化。使用超声、声波仪器测量出 声波在岩土介质中的传播速度、振幅衰减以及频谱等特征， 就可以推断被测岩土层介质的结构和致密完整程度，并对其 做出一定程度的评价。
K 2
1V1 2V2 2V2 1V1 1V1 2 2V2 2 1 ( ) 1 ( ) 2V2 1V1 R' ( P波）R " （S波） 1V1 2 2V2 2 1 ( ) 1 ( ) 2V2 1V1
(透射系数）
二）声、超声波的探测的基本原理： 使用声波仪，探测声波在岩土介质中的传播速度、声幅以及 频谱特征，就可以完成声波的勘探工作。 例如，当对某岩体（或者硐）进行声波探测时，只要将发射 点和接受点分别安放在岩体（或者硐）的不同地段，根据发射 点和接受点之间的不同距离L，以及声波在岩体中传播的时间t ， L 既可由下式计算出声速：
二、岩体的工程地质分类： 为了评估岩体质量，了解硐室及巷道围岩的稳定性，合理 选择地下硐室和巷道的开挖方案。设计合理的支衬方案，都必 须对岩体进行工程地质分类。大量的岩体力学实验表明，岩体 的纵波速度与其抗压强度Re成近于正比的关系。因此，强度 高（或者模量大的）岩体具有较高的声速。另一方面，岩体的 成因、类型、结构面特征、风化程度等地质因素，直接影响着 岩体的力学性质，而岩体的力学性质由于声波在岩体中的传播 规律有着密切的关系，这就是岩体声波测试之所以能够作为岩 体分类的主要手段的物理前提。 目前对岩体进行工程地质分类的声学参数主要是纵波速度 VP、杨氏模量E、完整系数KW、裂隙系数LS、风化系数β 、 以及衰减系数α 等。现在分别加以简单介绍： 1）纵波速度VP： 一般来说，岩体新鲜、完整、坚硬、致密波速值就高，反 之，岩体破碎、结构面多、风化严重，声速就低。
第三课时 岩体声波测试
超声波测厚仪
超声波探伤仪
声时 距离 声速 波形
压 电 效 应
计算公式
E (1 ) v (1 )(1 2 )
对于混凝土，其密度和泊松比通常不会随其强度而明显 变化。如果已知超声波传播的速度，可以利用上式推断 混凝土的弹性模量，再通过混凝土弹性模量与混凝土强 度的关系，就可以对混凝土的强度性能做出评价。
2．利用弹性波测试评价岩体强度和完整性程度
测定岩块及一定区域内岩体的波速，计算岩体的完整性系数或 称龟裂系数： 2
Vm Cm V c
完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎
Cm是岩体分类中常用指标之一，也用于评价岩体完整性: Cm>0.75 Cm=0.75~0.55 Cm=0.55~0.35 Cm=0.35~0.15 Cm<0.15
2 2 2 裂缝深度为 4(d h ) 4d 2 2 t1 t0
hd
2 t1 1 2 t0
1 声波探测技术及其应用
5. 深孔法检验混凝土质量
一般用来检验浇注在地下的大体积构件，如钻孔灌
注桩等。在浇注混凝土时埋设测管，测试时将发射和接 收换能器分别放入两根管内，管中充满流动性的油类或
水作为耦合剂。两管之间的距离最大不应超过1.5m，以
5.
注意事项
1、开始测试前，利用标准棒对仪器进行校准。 2、通常在50~100kHz范围内选择超声波发射频率。 3、测试时必须保持换能器与被测混凝土表面有良好的耦合（防止空气进 入），并利用黄油或凡士林等耦合剂，以减少声能的反射损失。 4、一般尽可能选择在构件的侧面选择测区，避免浇筑面的不平整。 5、每一试件上相邻测区间距不大于2m。 6、每个测区内应在相对测试面上对应布臵三个测点，相对面上对应的辐射 和接受换能器应在同一轴线上。 7、必须要对超声检测结果进行标定，也即是必须预先建立超声声速与混凝 土强度的关系。 8、超声法一般不单独用来检测混凝土的强度。
岩体声波测试技术
岩体声波测试技术LT大距离检测岩体完整性锤击震源0.5－5.0 1－50 跨孔检测岩体溶洞、软弱结构面电火花震源0.5－8.0 1－50 岩体松动范围、风化壳划分评价超声换能器20－50 0.5－10 岩体灌浆补强效果检测超声换能器20－50 1－10岩体动弹性力学参数、横波测试换能器/锤击20－50/0.5-50.5－10/1-50岩石试件枞波与横波声速测试矿物岩石物性测试研究超声换能器100－10000.01－0.15决定于由岩石试件尺寸地质工程施工质量检测换能器/锤击20-50/0.5-50.5－10/1-502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范围内的振动波，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λ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 )λ，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-+-⨯=EＰＶ （1）无限体横波的声波传播速度：)1(21μρρ+⨯==EGＳＶ （2）式中 Ｅ――弹性模量（Pa ）Ｇ――剪切模量（Pa ） μ――泊松比（无量纲） ρ――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。
声波测试技术原理
波的传播速度：
比较纵波速度VP、横波VS和一维波VB。
则有VP>VB>VS A）纵波速度总是大于横波速度; B） 纵波又称P(Primary) 波，意即初至波，因其波速最快； C）横波又称S(Secondary) 波，意即次波，因其波速最小。
1.2 弹性波探测的理论
由波速的表达式可知，弹性介质的性质及种 类不同，弹性常数及密度也不同，因此，弹性波 在介质中传播的速度也不同。这样，如用人工 (爆 破、锤击等 )发生弹性波，并设法用接收仪表测定 其波速，则可以用来判别物体的特性及状态 (如坚 硬或松软，裂隙与完整等 )以及混凝土桩基的完整 性和承载力等，这就是工程上经常使用的“弹性 波探测它主要由
压电晶片、吸收块
金属壳
（阻尼块）、保护膜、
引线等组成。
吸收块
保护膜
导电螺杆 接线片
压电晶片
HF-2型平面换能器
?声波仪 声波仪是声波测试的主要仪器设备，它的主要部 件是发射机和接收机，发射机的作用是根据使用 要求向声波测试探头输出一定频率的声脉冲，接 收机的功能是将接收探收到的微量信号放大，并 在示波器上显示或以数字的形式显示。
HF-D型智能超声仪
HF-D型智能超声仪
HTY-C型超声波参数测定仪
混凝土超声波测试仪
2.2 测试技术
?换能器的布置方法 ?穿透法 将声波发射换能器 和接收换能器放置 在介质相对的两个 表面上。
?反射法 换能器向介质发射声波，波动沿发射方向传播 到介质的底面后，被反射回来再由换能器接收， 根据反射波传播的时间和显示的波形来判断介 质内部的缺陷和材料性质的方法，这种方法适 用于介质的另一面无法安放换能器的情况，在 结构混凝土厚度检测，桩基完整性检测中即采 用反射法。
岩石——精选推荐
岩土工程：岩石课程第一章岩石概述1、岩体：结构面和结构体的组合；岩块：不含结构面的结构体。
由于岩块相对完整，因此可以近似作为一种均质材料，即具有连续性、均匀性、各向同性。
岩体包含了结构面，不是一种均质材料，其基本属性是非连续、非均质、各向异性。
另外，岩体赋存于地应力和地下水环境中，这也是岩体不同于一般材料的重要特征。
2、岩体基本力学性质是岩体在简单载荷条件下的变形、强度和破坏特性，所谓简单载荷条件指的是单轴压缩或拉伸、剪切以及等围压下的压缩加载。
3、描述岩体变形特征的力学参数主要有弹性模量和泊松比，其分别表示在轴向应力作用下的轴向变形响应和横向变形响应。
描述岩体强度特征的力学参数有单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三轴抗压强度和抗剪强度，通常用黏聚力c和磨擦角￠表达剪切强度参数。
由于工程岩体强度较高，岩体的破坏形式主要为拉破坏和剪破坏，因此抗拉强度和剪切强度是测试的重点。
由于结构面的存在，工程岩体的破坏在很多情况下表现为沿软弱结构面的剪切破坏，因此对结构面的剪切强度的测试又是研究工作的重点。
4、对岩体的物理化学作用包括风化、软化、泥化、崩解、膨胀和溶蚀等。
5、岩石的坚硬程度分类。
岩石的坚硬程度是岩体最基本的性质之一，表征为岩石在外部载荷作用下，抵抗变形直至破坏的能力，它与岩石的矿物成分、结构、致密程度、风化程度以及软化程度有关。
标确定。
第二章岩石物理性质试验1、岩石物理性质是指岩石固有的物质组成和结构特征所决定的基本物理属性，包括含水率、吸水率、颗粒密度、块体密度、膨胀性、耐崩解性和抗冻性等。
2、对于不同岩性的岩石试件，每次称量的烘干温度也不同，不含结晶水矿物岩石试件在105~110℃恒温下烘24h；对于含结晶水矿物的岩石试件，国际材料试验研究协会规定干燥温度不应超过40℃。
3、岩石饱和吸水率是试件在强制饱和状态下的最大吸水量与试件固有质量的比值，以百分数表示。
一般采用煮沸或真空抽气法测定。
饱和吸水率反映岩石内部的张开型孔隙和裂隙的发育程度，对岩石的抗冻性和抗风化能力有较大影响。
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二、换能器的工作原理
岩体声波测试所用的换能器种类很多，主要采用压电式换能器。 压电式加速度计是利用正压电效应制成的机—电转换器。当它承 受机械振动时，其输出端能产生与所承受的加速度成比例的电压或电 荷量。与其他振动传感器相比，它具有许多优点，如灵敏度高，频率 范围宽，线性动态范围大，以及重量轻，体积小等。 压电式换能器的结构图及力学模型示于图7.1-1。
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 的一种有效方法。
（a）压电式换能器结构图
（b）力学模型
图7.1-1 压电式换能器及其力学模型
三、波速同介质力学特性参数的关系 岩体不是理想的均质、各向同性介质。但从工 程角度考虑，只要当传播的声波波长与岩体空间尺寸 满足一定条件时，就可以按声波的传播理论得到声波 在岩体中传播速度同岩体力学参数的关系,如式(7.01)～式(7.0-3).
第七章 岩体声波测试
一、声波及传播
固体介质中扰动传播形成应力波、声波、超声波、地震波，爆炸冲 击波都是应力波。 应力波传播时，质点在自己的平衡位置附近作振动，传播的只是扰 动状态，而不是振动的质点。 为了便于讨论，假定扰动源点作简谐振动，它的位移可用正弦函数 表示，则 u=Asint 应力波传播到距源点X处时，该点被扰动后振动的历程为 u=Asin(t－x/v)=Asin(t－2x/) 即该点也作同源点有一相位差的简谐振动 式中A为振幅； 为振动的圆频率；v为波速； 为波长。 扰动引起固体介质质点振动方向与波的传播方向相同的应力波为纵波， 固体介质质点振动方向与波的传播方向垂直的应力波称为横波。纵波传 播的速度较快，易于识别，横波传播速度较慢，由于受到纵波余波的干 扰，识别比较困难。
第一节 岩块声波测试
岩块声波测试主要仪器和设备包括岩 石声波参数测试仪；纵波换能器、横波换 能器；游标卡尺；标准试棒；测试架。
测试记录包括工程名称、岩石名称、 取样部位、试件编号、试件描述、试件尺 寸、测试方法、换能器间的距离、传播时 间、仪器系统的零延时、测试人员、测试
其主要关键技术问题如下：
2 测试设备的选择和使用 在小尺寸的岩块试样上进行声波测试时，如要模拟无 限介质的条件，则必须配备能满足测量精度的超声仪与其 配套的换能器，因此，只要满足规程中要求的测试整机或 组合配套设备，均可用来进行岩块试样的测试。 测试仪器的使用应视具体情况而定，如同步触发脉 冲的重复频率应选择适当。一方面要保证通过试样的超声 波信号不受余振的影响，又要使荧光屏上有足够的亮度。 一般同步触发以50Hz为宜，适当调整激发脉冲电压和脉 冲宽度，可使发射换能器输出的功率最大。另外，还要合 理调节扫描延时和选择放大器增益，使荧光屏上的波形清 晰可见，便于准确判读。
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。
试验研究表明，只要D≥（2-3） 时，就可 以按平面理论计算岩样波速，所测波速可认为是岩 样的真正波速。否则岩样的边界降对声波的传播产 生制导，出现制导波。它比岩块的波速低。因此， 当 与D之比达不到要求时，应采用提高声波发射 频率或加大试样几何尺寸等措施。
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， 发射换能器与接收换能器应安放在试样的两个端面的中心 轴上，端面间的轴线长度即为测距，换能器作用面与中心 线的偏差不应大于2°。与“平透法”相比，“直达波法” 所接收到的信号能量强，因而波幅大，初至波清晰易识别， 测试精度高。
在横波测试中，目前普遍采用切变振动模式横波换能 器。横波在纵波之后，振幅比纵波大，但初至点受到它前 面波的干扰，往往难以识别。在使用切变振动模式换能器 测横波时，若将发射换能器或接收换能器转动180°，横 波的初至点相位随之变化180°，这样前后两次对比，可 较准确地判读横波的初至时间。另外，必须注意接收与发 射换能器切变振动方向要一致，否则接收横波的灵敏度也 将大大降低。
vp
d 2G
p
(1 )(1 2 ) (1 )
（7.0-1）
Ed pv2 p
（7.0-2）
vs
G p
1 Ed p 2(1 )
（7.0-3）
四、声波测试技术在岩土工程中有广泛的应用
岩体声波测试是以声波在岩体中的传播特性 与岩体的物理力学参数相关性为基础，通过测定 声波在岩体中的传播特性参数，为评价工程岩体 力学性质提供依据。其在岩石工程中应用广泛， 主要有工程岩体质量分级、围岩松动圈的测定、 大坝基础灌浆效果检测、岩体动静弹模对比、建 基面基岩质量评价和验收、爆破开挖影响范围检 测、测定风化系数、完整性系数和各向异性系数、 断层和岩溶等地质缺陷探查等等。