声波检测技术在岩土工程中的应用

  早在20世纪60年代中期，中国地球物理勘探研究人员就开展了声波检测技术在岩土工程中的应用研究。首先，开发了声波检测仪器和传感器，进行了现场和室内检测技术的研究，很快引起了工程地质研究人员和岩土工程师的重视和干预，开辟了声波检测技术在中国的应用。经过40多年的努力和不断改进，我们今天在以下几个方面进行了研究。

(1)用声速测量岩体完整性指数。

只有纵波速度才能评价岩体的质量。例如，工程岩体分级标准(GB50218-2014)规定，岩体纵波速度Vpm和岩体纵波速度VpR可以计算岩体完整性指数kv。

(2)用声速划分岩石。

由于其结构、矿物组合、原因、地质时代等因素，不同岩石的声速不同，不固定，分布在一定范围内。

(3)用声速划分岩体的风化程度。

不同岩石风化程度的声速明显不同。以长江三峡三斗坝线岩石风化程度和纵波速度为例，说明用纵波速度划分岩石风化的可行性。

(4)通过声速了解岩体裂缝的发育程度。

 岩体声速与岩体裂缝有很好的相关性，声学理论中的惠更斯原理可用于制造裂缝的声波绕射。绕组时声线延长，声波传播时间延长，视速度而定。所以，声速不仅能分辨岩体的风化程度，而且对岩体裂缝的反应也十分敏感，特别是张裂缝。

(5)以声速划分岩体结构。

岩体结构可分为四类:整体块状结构、层状结构、破碎结构和散体结构。声波在整个块状结构中传播较快。在后三种结构中，由于岩体的节理裂缝发育程度不同，声速随着结构的复杂而降低。这就决定了随着岩体结构不同声波的传播会有一定的规律。

(6)声速能理解地应力。

 当岩体受到外部应力时，其变形首先是裂缝的压缩，从而提高声速。然而，当应力超过强度极限时，岩体会出现新的裂缝，降低声速。

 因此，根据上述原理，对岩体进行应力释放处理，测量应力释放前后的声速，对应力释放处理得到的岩心加压，测量其声速，推测地应力的值和方向。

(7)岩石声波测试仪。

 标准配置包括:主机、平面夹心传感器100KHz、横波传感器100KHz、手册、软件、仪器箱等。

 可选配件:双收换能器、跨孔增压换能器、平面夹心换能器50KHz。

 主要技术指标:

 主机:专用微机系统。

 声音范围：0~640Kμs。

 测量精度：±0.05μs。

 范围:0~177db。

 收益精度：3%

 宽度：5Hz~500kHz。

 输出电压：250,500,1000V可调。

 取样时间：0.05,0.1,0.2,0.4,0.8,1.6,3.2,6.4μs。

 综上所述，声波检测技术可用于岩土工程中的岩石声波测试仪:

1.测量洞室围岩和岩体边坡施工引起的松动范围；

2.测量岩石和岩体的物理机械参数(Vp,Vs,Ed,Gd)；

3.划分岩石，确定岩石的风化程度。

4.测量裂缝发育，了解岩体结构特点；

5.检测岩溶、破碎带的发育和空间分布；

6.检查灌浆加固的施工质量和效果。

7.测量水下地貌和地面结构；

8.检测灌注桩身的完整性和缺陷位置；