声波测试技术与声发射监测技术.pptx

14-0 4-0 概述概述弹性波：弹性波：振动在弹性介质中的传播，形成了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是弹性波的一种声波的概念声波的概念（2020000HZ）波动是物质运动的一种形式，声波是波动中机械波的一种，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。周围质点的振动，从而以波动的形式将声能向外传播。声波测试的应用依据：声波测试的应用依据：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）的衰减值为依据和在介质中传播一定距离后脉冲（或振幅）的衰减值为依据.2声波测试技术：声波测试技术：岩体声波探测技术是以人工的方法，向介质岩体声波探测技术是以人工的方法，向介质(岩石岩石和岩体和岩体)辐射声波，观察声波在介质中传播的情况辐射声波，观察声波在介质中传播的情况和特性。由于介质的物理性质不同，其传播速度和特性。由于介质的物理性质不同，其传播速度等参数也不相同。应用这个基本原理，作为分析等参数也不相同。应用这个基本原理，作为分析或测定岩体的物理性质和力学性质的依据。或测定岩体的物理性质和力学性质的依据。特点特点属于无损检测的方法。属于无损检测的方法。4-0 4-0 概述概述3应用：应用：1 1利用声波参数结合地质因素，对工程岩体进行分类、分利用声波参数结合地质因素，对工程岩体进行分类、分级；级；2 2利用声波探测技术评价地下工程围岩的稳定性，包括围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；岩松弛带范围的测定和围岩稳定性的定期观测；3 3利用声波探测技术，进行工程地质勘探钻孔及孔间地质利用声波探测技术，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；剖面分层，确定风化层厚度，为设计开挖及处理提供依据；4-0 4-0 概述概述4应用：应用：4 4岩石和岩体的物理力学性质的测定。如动弹性模量、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；泊松比等；5 5岩体中存在缺陷，如构造断裂、岩溶洞穴的位置、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；规模，张开裂缝的延伸方向和长度的探测；6 6工程岩体施工及加固措施效果的检测，如爆破、喷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。锚支护、注浆的质量检查。4-0 4-0 概述概述5一一波动方程：拉密运动方程波动方程：拉密运动方程4-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律6拉密运动方程的推导拉密运动方程的推导X方向的平衡方程：方向的平衡方程：X方向上利用牛顿第二定律方向上利用牛顿第二定律4-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律7拉密运动方程的推导拉密运动方程的推导三个方向的运动方程：三个方向的运动方程：弹性介质本身的特性弹性介质本身的特性4-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律8拉密运动方程的推导拉密运动方程的推导三个方向的运动方程：三个方向的运动方程：代入整理可得代入整理可得4-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律91 1）纵波传播速度推导）纵波传播速度推导定义：质点振动方向与波的传播方向一致。定义：质点振动方向与波的传播方向一致。纵波波速纵波波速4-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律102）横波传播速度推导）横波传播速度推导定义：沿质点振动方向与波的传播方向垂直。定义：沿质点振动方向与波的传播方向垂直。4-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律113表面波表面波定义：沿介质表面和交界面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波（也定义：沿介质表面和交界面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波（也称瑞利波，称瑞利波，R R波）。波）。注意面波与纵波和横波传播介质区别：注意面波与纵波和横波传播介质区别：R R波在层状介质中传播。而纵波波在层状介质中传播。而纵波和横波是在均匀介质中传播。和横波是在均匀介质中传播。R R波波速估算：波波速估算：三种波波速的关系三种波波速的关系4-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律124波速度比较波速度比较纵波和横波纵波和横波注意：注意：利用各种波的速度差异，可以利用各种波的速度差异，可以帮助帮助在记录中识别各种波。在记录中识别各种波。实际应用时，由于实际应用时，由于S S波发生和接受均较困难，故一般多利用波发生和接受均较困难，故一般多利用P P波波进行测试（但不是绝对的）。进行测试（但不是绝对的）。对多数岩石，泊松比约为对多数岩石，泊松比约为0.25,0.25,纵波速度大于横波速度，故纵波又称纵波速度大于横波速度，故纵波又称P P波（波（PrimaryPrimary，初至波）；横波又称，初至波）；横波又称S S波（波（SecondarySecondary，次至波）。，次至波）。4-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律13二、声波的反射、透射和折射二、声波的反射、透射和折射声波的反射、透射和折射（全反射）声波的反射、透射和折射（全反射）11224-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律P0P1P2S1S214二、声波的反射、透射和折射二、声波的反射、透射和折射入射角和折射角的关系入射角和折射角的关系4-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律P2P115二、声波的反射、透射和折射二、声波的反射、透射和折射l波阻抗波阻抗：介质密度与波介质密度与波速之积。速之积。l声波反射条件声波反射条件：界面上下介质的波阻抗界面上下介质的波阻抗之差；波阻抗差越大，之差；波阻抗差越大，反射越强；反射越强；4-1 4-1 声波的传播规律声波的传播规律164-2 4-2 声波探测技术声波探测技术1 1 声波的利用：声波的利用：波速、振幅、频率、波形等；目前利波速、振幅、频率、波形等；目前利用最多的是波速，特别是纵波波速。用最多的是波速，特别是纵波波速。2 2 弹性参数：弹性参数：172 2 影响岩体（石）波速的主要因素：影响岩体（石）波速的主要因素：(1)(1)岩石越致密，岩体声速越高。岩石越致密，岩体声速越高。波速公式中，波速与波速公式中，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，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。因而波速也将越高。(2)(2)结构面的存在，使得声速降低。并使声波在岩结构面的存在，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，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。平行于结构面方向声速高。4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术182 2 影响岩体（石）波速的主要因素：影响岩体（石）波速的主要因素：(4)(4)岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低。岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低。(5)(5)应力的关系：压应力方向上声波速度高。应力的关系：压应力方向上声波速度高。(6)(6)孔隙率孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩体波速高。体波速高。4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术193 3 声波探测仪器设备和使用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岩体声波探测是声波发射、传播及接受显示的过程,声波探声波探测仪由测仪由发射换能器、接收换能器和声波仪组成。发射换能器、接收换能器和声波仪组成。4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术203 3 声波探测仪器设备和使用声波探测仪器设备和使用（1 1）换能器的布置方法：）换能器的布置方法：穿透法穿透法室内实验室内实验现场测试现场测试:双孔孔间穿透法双孔孔间穿透法4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术21反射法反射法T R界面1界面2界面3深 度 时 间 目的物反射法反射法22剖面法：剖面法：234 4 测试方法的确定：测试方法的确定：测试地点的选择测试地点的选择指定区域、代表性地段，减少工作量指定区域、代表性地段，减少工作量对测孔的要求对测孔的要求测量和记录孔的位置和相关信息测量和记录孔的位置和相关信息表面的处理表面的处理耦合剂耦合剂换能器和被测表面良好接触换能器和被测表面良好接触探测频率的选择：探测频率的选择：20KHz20KHz4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术245 5 声波测试的应用声波测试的应用:地质工程地质工程 岩土工程岩土工程 结构工程结构工程 1 1 地质工程：地质工程：1 1）围岩松弛带的测试围岩松弛带的测试4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术岩体完整岩体完整,节理裂隙节理裂隙,可可认为未有松驰带。认为未有松驰带。波速与孔深的关系波速与孔深的关系洞壁出现应力集中现象洞壁出现应力集中现象,岩岩体保持完整。体保持完整。松弛带松弛带 应力上升应力上升 原始应力带原始应力带应力集中现象不明显应力集中现象不明显,近洞近洞壁岩体完整性降低壁岩体完整性降低,存在松驰存在松驰带带251 地质工程：地质工程：2）评价完整性程度，估算岩体强度。评价完整性程度，估算岩体强度。4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术Cm0.750.75Cm0.45Cm0.45完整性好完整性较好完整性差据完整性系数进行岩体质量分级据完整性系数进行岩体质量分级n工程岩体分级标准 GB50218-94n公路隧道围岩分类规范(JTJ026090)261 地质工程：地质工程：2）评价完整性程度，估算岩体强度。评价完整性程度，估算岩体强度。4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术n试块强度试块强度声波测试声波测试岩体强度岩体强度271 地质工程：地质工程：3）声波测井声波测井4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术28声幅测井：岩石结构及孔隙中液体性质声幅测井：岩石结构及孔隙中液体性质 超声电视测井：裂隙和破碎带超声电视测井：裂隙和破碎带 292 岩土工程：岩土工程：1）岩土体力学参数确定岩土体力学参数确定4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术302 岩土工程：岩土工程：2）桩基完整性检测桩基完整性检测4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术反射法31nR=(VPR=(VP2 2-VP-VP1 1)/VP)/VP1 1*100%*100%n根据根据R R 值及岩芯检验，值及岩芯检验，来评价其灌浆效果。来评价其灌浆效果。2 岩土工程：岩土工程：3）注注/灌浆效果评价：声波灌浆效果评价：声波CT4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术32TSP系列隧洞地震探测仪超前探测原理示意图 最大探测距离达最大探测距离达500m，有效探测距离有效探测距离150m，最高分辨率最高分辨率1m。2 岩土工程：岩土工程：4）隧洞内超前探测隧洞内超前探测4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术33经验公式经验公式3 结构工程：结构工程：1）混凝土厚度检测混凝土厚度检测4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术343 结构工程：结构工程：1）表面低速层厚度的检测表面低速层厚度的检测4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术n折射波折射波354-2 4-2 声波探测技术声波探测技术3 结构工程：结构工程：2）混凝土空洞检测混凝土空洞检测经验公式经验公式36直接检测直接检测 沿面检测沿面检测4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术 3 结构工程：结构工程：3）混凝土裂缝检测混凝土裂缝检测374-2 4-2 声波探测技术声波探测技术 3 结构工程：结构工程：3）混凝土裂缝检测混凝土裂缝检测384-2 4-2 声波探测技术声波探测技术 3 结构工程：结构工程：3）混凝土裂缝检测混凝土裂缝检测394-2 4-2 声波探测技术声波探测技术 3 结构工程：结构工程：3）混凝土裂缝检测混凝土裂缝检测贯穿裂隙的探测贯穿裂隙的探测404-2 4-2 声波探测技术声波探测技术 3 结构工程：结构工程：4）深孔法混凝土裂缝检测深孔法混凝土裂缝检测41n水听法 4 波的其它参数利用：溶洞的探测波的其它参数利用：溶洞的探测4-2 4-2 声波探测技术声波探测技术