測(cè)試讀書報(bào)告

聲波測(cè)試技術(shù)在巖體測(cè)試中的應(yīng)用－測(cè)試?yán)碚撆c監(jiān)測(cè)技術(shù)讀書報(bào)告前言聲波在固體內(nèi)傳播過程中，通過聲波測(cè)試，可以獲取與固體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和力學(xué)性態(tài)改變的相關(guān)聲波信息，從而了解結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)性質(zhì)。早于三十年代，聲波測(cè)試技術(shù)已經(jīng)在巖體力學(xué)中的到應(yīng)用。我國(guó)從五十年代開始應(yīng)用。當(dāng)時(shí)涉及的聲學(xué)參數(shù)主要是測(cè)量縱波波速。但是，聲波速度的分辨率不高，只限于讀取首波到達(dá)的時(shí)間，而對(duì)全波列沒有采集和分析，使得攜帶反映巖體特征的大量聲波信息沒有得到有效的利用。八十年代以來，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字處理技術(shù)的進(jìn)展，及微處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已開發(fā)出多種微處理機(jī)和巖石聲波儀連機(jī)。模數(shù)轉(zhuǎn)換的聲學(xué)參數(shù)自動(dòng)采集處理系統(tǒng)的完成，為利用聲波頻譜分析巖體（或巖石）的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)性態(tài)的改變，提供了一種簡(jiǎn)便快捷有效的手段。通過聲波采集和波列頻譜分析，可以獲取聲波傳播過程中，在時(shí)域和頻域內(nèi)的多項(xiàng)聲學(xué)參數(shù)，提高了對(duì)巖體（巖石）檢測(cè)的分辨率和可靠性。一、聲波在巖體內(nèi)傳播的物理特性在巖體內(nèi)傳播的聲波物理特性，它與測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)射與吸收的特性、換能器的性能、耦合情況、測(cè)試條件等有關(guān)。當(dāng)這些條件固定后，它主要與巖體的結(jié)構(gòu)特征（如節(jié)理、層里、原生裂隙等的存在于分布）、孔隙率、礦物成分、殘余應(yīng)力等因素有關(guān)；也與巖體（或巖石）在受力作用下，微裂隙的擴(kuò)展和新裂隙的產(chǎn)生有關(guān)。當(dāng)聲波通過這些裂隙面（或結(jié)構(gòu)面），就引起聲波的反射、折射、繞射與散射等現(xiàn)象。使得波列的形態(tài)和路程發(fā)生了改變，相關(guān)的各項(xiàng)聲學(xué)參數(shù)也發(fā)生了變化。這就是應(yīng)用聲波技術(shù)研究巖體力學(xué)問題的物理基礎(chǔ)。1、影響聲波波速的因素當(dāng)聲學(xué)特征用時(shí)域方法表征時(shí)，可根據(jù)首波到達(dá)的時(shí)間來計(jì)算波速，并由動(dòng)力學(xué)理論建立在固體內(nèi)傳播的彈性波波速與個(gè)彈性參數(shù)之間的關(guān)系，在無(wú)限均質(zhì)彈性條件下為：；；式中：，－動(dòng)彈性模量，動(dòng)泊松比；，－縱波波速，橫波波速；以上各式表明，聲波在巖體中傳播速度與介質(zhì)的彈性（，），堅(jiān)硬密實(shí)程度及完整性（）等因素有密切的關(guān)系。2、聲波在裂隙內(nèi)的傳播特性聲波在裂隙內(nèi)的傳播特性與裂隙內(nèi)充填材料的特征、幾何尺寸、聲波頻率（波長(zhǎng)）、聲波在裂隙內(nèi)的反射次數(shù)等因素有關(guān)。聲波通過裂隙的傳播效果如下式關(guān)系：式中：－聲波入射時(shí)的振幅；－在裂隙內(nèi)聲波反射次數(shù)；－聲波經(jīng)過在裂隙內(nèi)n次反射后的振幅；燕，京－巖體的發(fā)密度、縱尤波波速；枯－聲波的奇波長(zhǎng)；跨，它－裂隙內(nèi)遺介質(zhì)的密罪度、縱波棕波速；嶄－裂隙的隸間距。肌上式表明謹(jǐn)，聲波在奸巖體裂隙眼面內(nèi)的傳配播是十分鉤復(fù)雜的。巾由于巖體巡內(nèi)部大量獲裂隙的存醉在，聲波苗在巖體內(nèi)邪傳播將發(fā)催生如下變?cè)\化：膀（斗1妻）波速變令慢，通過廣一條裂隙布的時(shí)間由別增加到透；奮（叨2污）振幅減肝少（能量怕?lián)p耗），早而且與裂紐隙內(nèi)介質(zhì)勒的聲阻抗咸（賀）有密切憤關(guān)系；蔑（拘3碑）波形變搖，在一條虧裂隙內(nèi)可蟻能存扭在灘n+少1火個(gè)波在相?；ジ缮?，惜頻譜將變座得復(fù)雜；塌（倘4炊）聲波傳孝播向低頻烈（波長(zhǎng)較勸大）轉(zhuǎn)化谷，當(dāng)間距伴為波長(zhǎng)齡的框10風(fēng)%垂時(shí)，聲波循（幅值隱）瞇80碎%圈可能通過柱，接收到銹的低頻效蛙果明顯增拜強(qiáng)。瞇因此，聲厘波在巖體脊內(nèi)的傳播油過程的振房幅與頻率影的改變，效對(duì)應(yīng)用聲仿波技術(shù)作削為巖體檢消測(cè)具有重命要的意義傲，它與巖核體的結(jié)構(gòu)命特征及力坦學(xué)性態(tài)的怠改變密切題相關(guān)。因松此，進(jìn)行急接收波列婦波形的采襖集與頻譜杏分析，就劈可以獲取布比用單純方的聲波速碗度反映巖齡體狀況更記多、更有長(zhǎng)效的聲學(xué)陰參數(shù)，提摧高判釋的錄分辨率和坐可靠性。糧3質(zhì)、巖石聲抖波頻譜分勸析方法往頻譜分析鏡的基本原堤理是將接菊收到的在她時(shí)域內(nèi)的熱聲波波列憤波形，通考過快速傅捆利葉變換失（月FF梅T誘）變?yōu)轭l給域內(nèi)的振籌幅譜，就營(yíng)是將一個(gè)撓或一列脈夸沖波形，衡分解為無(wú)咳數(shù)個(gè)不同總頻率、不盆同珍振幅、不瓶同相位的帶正弦波的慕疊加。波臨列在時(shí)域跳內(nèi)變化為脖，用時(shí)間體間仁隔繭△坐對(duì)辰進(jìn)行采樣央?？傻秒x宴散序列為疼，鴿1謊，玉2攔，到3旦，證…趁…腥，溫N+1隨,弱其傅利葉伯變換為：捏式中攤：考N挎－采樣點(diǎn)釀數(shù)溝；晶△洗－采樣時(shí)座間間隔構(gòu)；插d掌－頻域采輕樣間隔；聞－頻域第欺點(diǎn)的譜值慧。悶－為時(shí)域倘第叼i窗點(diǎn)的振幅艇值；梨頻譜分析解通過微處升理機(jī)應(yīng)用圓現(xiàn)有掠的飄FF炒T埋軟件來實(shí)勒現(xiàn)。我a脆波形條圖付件賠景麥黃予樸要跪b隆頻譜圖尾圖虧1蘇籮頻譜分析沿二、巖體真聲波探測(cè)牲的基本原爆理頸聲波在巖括體內(nèi)傳播底時(shí)，除了曠與巖體的捷物理性質(zhì)約有關(guān)外，店還與巖體彈的應(yīng)力狀魄態(tài)有關(guān)，櫻巖體中應(yīng)膚力越高，牧波速越高坑。反之，葬巖體中應(yīng)搖力越低，婦聲波波速脾冊(cè)低。文因?yàn)樵谙锏降乐車鷰r壓體的穩(wěn)定券性與巖體僅的物理力附學(xué)性質(zhì)、掀結(jié)構(gòu)面的偏發(fā)育成都畏及應(yīng)力狀攏態(tài)有關(guān)，予所以可用員巖體聲波控速度的變棉化，反映螞巖體中結(jié)艇構(gòu)面、強(qiáng)遣度及應(yīng)力剛狀況。譽(yù)由于聲波笛測(cè)試的使錢用條件不怨同，因此升測(cè)試方法膜也有很多績(jī)種，有透秧射波法、謠反射波法舉、折射波怠法和孔中濕測(cè)定法。掩孔中測(cè)定捆又分為單刷孔孔中測(cè)蜂定及雙孔英孔中測(cè)定材兩種方法攝。而單孔澤孔中測(cè)定慨法的探頭點(diǎn)有單發(fā)單悶收和單發(fā)猶雙收兩種作形式。歸單孔孔中兩測(cè)定的原伍理為在事骨先鉆好的張測(cè)孔中注些滿水，以哲水作為探份頭和巖體示見的耦合腫劑，這樣桶在水與孔缸壁巖體的堅(jiān)分界面處肯將產(chǎn)生很籌大的速度傾差，因而鉛有產(chǎn)生折格射波的可滲能。當(dāng)探撞頭中圓環(huán)珠形發(fā)射換盞能器向多扇個(gè)方向發(fā)深射超聲波門時(shí)（如該圖侍2硬所示），防有一部分斑聲波沿鉆共孔軸線經(jīng)催水傳播至晴接收換能漸器，稱直脊達(dá)波；另季一部分經(jīng)果孔壁反射險(xiǎn)而達(dá)到接爹收換能器泡，稱反射毛波，反射排波趴比直達(dá)波創(chuàng)晚些到達(dá)達(dá)；第三部農(nóng)分聲波自英發(fā)射換能右器發(fā)出后翻以角度甜角入射到躬水中，然希后進(jìn)入接朗收換能器騰。批在適當(dāng)選午擇發(fā)射換雪能器和接蓋收換能器安之間的最附小間距盾情況下，汽即可保證罰滑行波先章于直達(dá)波凳到達(dá)接收仇換能器。宵因?yàn)榛袀儾ㄊ茄貛r糾體傳播的纏，它的速須度與巖體周的地質(zhì)因齊素有關(guān)，截因而可根輛據(jù)滑行波約波速的變餃化，了解鵲孔壁相應(yīng)至巖體的地聯(lián)質(zhì)構(gòu)造和犯物理力學(xué)優(yōu)性質(zhì)。泄圖鉤2駕栗單孔孔中前測(cè)定工作絲原理示意馬圖咳1反－直達(dá)遷波錫雞縱2抬－反射燒波捧汁惕3拾－折射波薪（滑行波編）界F休－發(fā)射換鬧能校器輝潤(rùn)S紫－接收換驚能肅器突伸－折射波蘿的入射角豬滑行波在鐮?zhēng)r體中傳扁播的時(shí)鵲間鍵T蹲可直接由多儀器讀出脊，滑行波鋪傳播的距皺離設(shè)L慮是設(shè)計(jì)探基頭時(shí)就確堅(jiān)定下來的嶄，這樣滑詢行波的速卡度（巖體蜓聲波波速澇）賞V掩可由公式鞭求出。懼圖梯3驗(yàn)全單孔－發(fā)戴雙收探頭藍(lán)工作原理抬示意圖士F吳－發(fā)射換茄能庸器鋪盆悔－接收換濟(jì)能毅器掘1航套－接收換僅能肺器尺2被L竭－由發(fā)射腎換能器到你接收換能峽器租1突和由接收常換能景器咽1舌到接收換撒能確器到2容的距離監(jiān)單孔－發(fā)簽雙收式換失能器可做脆雙收法和限單收法兩沃種測(cè)量，喊如粉圖泉3廁所示。當(dāng)手采用單收訂法測(cè)量時(shí)蘿，由發(fā)射碑換能倡器方F候到接收換蠅能器蘿，聲波傳產(chǎn)播所經(jīng)過扇的距離告為互a+d+望b木，傳播時(shí)期間為猾；幅由發(fā)射換缸能坡器研F窗到接收換炭能器闊所經(jīng)歷的辜距離慚為必a+d+票e+隊(duì)c使，傳播時(shí)么間為沾，其暖中鞭a晃、秘b陜、至c辯為聲波在信水中傳播掉的距離，伸因岔為憲a=b=減c往，所以漿。異而坡d骨和害e毯是聲波在方巖壁中傳佩播的距離柜，其傳播疼時(shí)間為誼和矛，所以，山當(dāng)近似認(rèn)鴨為姥e=d=陸L羊時(shí)，單收黎法測(cè)得的盤聲速（巖廢體聲波速皺度）為：及味喊姐或引譽(yù)權(quán)上兩式中斗由儀器中帥讀得，奪和域?yàn)槁暡▋稍卧谒袛鄠鞑サ臅r(shí)倘間，鎮(zhèn)為聲波兩楚次在水中配傳播的時(shí)濤間，責(zé)或莊。騎雙收法測(cè)漲量時(shí)，可同將聲波在遞水中傳播底的時(shí)間消斬除掉，而恒在儀器中萬(wàn)顯示出來褲的僅是聲然波在巖體幼中的傳播賭時(shí)始間成T蔽。膛雙收法測(cè)謹(jǐn)試時(shí)，聲鍵波傳播的念距離等于色單收殘法仁2費(fèi)傳播的距擋離減去單仇收近法耳1位傳播的距老離，即理﹙艦a+d+脆e+c堪﹚﹣﹙推a+d+敢b止﹚﹦費(fèi)e宋﹦賊L蛇雙收法測(cè)辨試聲波傳箭播的時(shí)間筐為擾T諷=張，所以雙葬收法測(cè)得雜得得巖體合聲速炮。接在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)么試中，一等般采用雙勺收法進(jìn)行衫測(cè)量。篇三、聲波犯測(cè)試應(yīng)用幟實(shí)例翠洞室圍巖癢松動(dòng)圈的愛聲波測(cè)試呆天然狀態(tài)屢下的地殼厭巖層，處勞于一種自樣然平衡狀趣態(tài)。由于躁在巖體中袖開挖洞室誰(shuí)改變了巖抽體的邊界古條件，從王而破壞了族巖體的自序然平衡狀忙態(tài)，使得秀巖體中的鍛自然應(yīng)力愿場(chǎng)發(fā)生變捏化，在洞躺室附近一條定范圍內(nèi)旋圍巖形成擱三個(gè)應(yīng)力腸分區(qū)，因暖此洞室圍庸巖同時(shí)存擠在松動(dòng)區(qū)疾、塑性區(qū)種和天然狀爆態(tài)區(qū)。有醒效的測(cè)量兔松動(dòng)區(qū)的借范圍是確強(qiáng)定圍巖荷尺載和襯砌敲支撐力的長(zhǎng)主要依據(jù)漫。社此次以某綿一巷道洞礙室松動(dòng)區(qū)容的測(cè)試為畝例，測(cè)試重儀器采用貌淮南工學(xué)玉院工程監(jiān)夾測(cè)中股心浪GIY-柜1主型工程檢霸測(cè)儀。洞還室頂標(biāo)高皆為市-462軟m攻，巷道頂耕板為中粒棍砂巖，泥范質(zhì)膠結(jié)，贊疏松易風(fēng)驅(qū)化，節(jié)理豬不發(fā)育，海側(cè)幫及底錦板為砂質(zhì)寬泥巖，節(jié)敏理十分發(fā)泊育。具體仆測(cè)試采用賽一發(fā)一收饅夠做方式歲，鉆孔分牧別分布在籮邊墻、頂種拱和拱角僚等部位見夾圖旅4嗎，然后人俘工錘擊激涼發(fā)聲頻應(yīng)就力波，錘披擊時(shí)盡量浩減少錘擊拍接觸時(shí)間斃已克服震訓(xùn)源產(chǎn)生的散面波干擾渠。傳感器椅接收采自門巖體內(nèi)部無(wú)結(jié)構(gòu)信息價(jià)，將被測(cè)朗震動(dòng)信號(hào)著轉(zhuǎn)換為電咐信號(hào)輸入辱儀器，經(jīng)宗程控放大軌后帶通濾業(yè)波統(tǒng)與蔥A壩／繳D辮轉(zhuǎn)換后，錄進(jìn)入電腦頓數(shù)據(jù)處理妻。據(jù)每測(cè)孔至五少重復(fù)測(cè)饞試一次。殖對(duì)于中粒姑砂巖和砂桃質(zhì)泥巖兩笛種不同巖紗性的巖體瑞，采用在叉同一巖性蜘激發(fā)信號(hào)祥和測(cè)孔內(nèi)甜接收信號(hào)按的方法，孔以減少巖析石各向異剪性對(duì)聲波厲的影響。白最后計(jì)算夕波速肝圖海4燦頓松動(dòng)圈測(cè)氏試布孔示乖意圖雅時(shí)，校正沿了儀器的款滯后延時(shí)鉗（當(dāng)），并作盼出縱波波擱速、測(cè)點(diǎn)水至洞壁面扯的距離關(guān)趙系曲線。撲即貨曲線（股圖餡5?。唸D準(zhǔn)5潑駐各測(cè)孔汪曲線圖予分析妄圖悶5奴，曲線的翠前部波速猶較低，隨座著孔深的恐增加，波塘速也增加宏，并逐漸攔趨于穩(wěn)定笛值，說明沫洞壁圍巖巧出現(xiàn)了塑禾性破壞區(qū)廚，各曲線段上箭A僚點(diǎn)滅或富B滋點(diǎn)所對(duì)應(yīng)鑰的撲L廁值即為松轟動(dòng)區(qū)的厚善度。賀巷道圍巖濾三分帶典孔型的嬌曲線為師圖靠6平所示類型下，圖爽中庭C昌點(diǎn)左側(cè)為鏡圍巖的松剩動(dòng)區(qū)議，軌C暈D蘇區(qū)間為塑催性區(qū)拖