岩土工程测试技术讲义赵亚军较全

1、1 / 36第一章 测试技术基本知识一. 什么是测试技术，什么是岩土工程测试技术？ 测试技术是一门利用仪器、设备对任何量进行某种意义的测量的系统 的技术科学。岩土工程测试技术是借助专用的仪器设备， 获得岩土工程中客观存在 的，与安全生产有关的各种物理量和各种因素， 为岩土工程的研究与 施工提供可靠的数据。二. 测试技术在生产及科研中的重要性 主要表现在以下三个方面：1.1. 有效地维护安全生产：露天矿（边坡维护，位移检测） 地下矿（新奥法支护，地压管理） 水电工程（大坝及地基监测，地应力）2.2. 可大量提高生产效益，减小材料消耗。1矿山爆破：减少震害，提高爆破效果。2矿柱支护：满足应力要求的

2、最小支护截石矿柱及最经济的支护材料3在水电工程中：能满足应力要求的最小结构尺寸3.3. 在岩土工程中，其设计、研究的原始数据。如强度、变形参数等。 都是通过测试技术获得的。三. 测试技术的主要任务和方法（一）任务：1.1. 获得原始参数，如岩石的弹性模量，泊松比等，可以通过现场或实 验室条件获得。2.2. 测量岩体的变形， 确定岩移变化规律， 评价岩石稳定性同时根据变 形规律采取一定维护措施。2 / 363.3. 测量地应力场及变化规律： 目的是根据应力场来选择工程位置。 在 恶劣环境下要采取相应防护措施。4.4. 测量围岩及支架的受力状态， 据此判断支架的安全程度， 进行稳定 性分析。5.5

3、. 测量岩石在爆破作用下， 各种动力学和运动学参数， 以提高爆破效 果。6.6. 对测量信息及实验数据进行分析处理， 以获得准确的测量结果以及 寻找客观规律。（二）主要方法1.1. 机械法：所用测量仪器、设备是简单的机械结构。2.2. 声测法：利用声波在岩石中的传播规律（如振幅，声速等）确定岩 石的各种特征，是地球物理探测法的一种。3.3. 光测发：以光学原理为基础，对岩体的应力变形等进行测量。也称 光弹性测量法。4.4. 电测法：也叫非电量的电测法， 是一种利用传感器将被测物理量转 换成电量。传递到电子仪器进行显示，记录或处理数据。这是我们这 门课的主题 . .四. 电测系统的一般结构 测试

4、系统：能完成某种意义测量的仪器，设备的总称。般可以分为三部分：1.1. 信息的输入，转换：称为传感器（也称变换器，变送器，探头等）2.2. 信息的调节：放大或衰减，调制，解调，检波， A/DA/D 变换等3.3. 输出装置：显示或记录 . .五. 测试技术的发展方向3 / 361.1. 快速多点测量，计算机分析处理数据 . .2.2. 仪器设备的小型化，多功能，高性能，微功耗。3.3. 注意发展敏感元件，使传感器的性能不断提高。第二章 传感器2-12-1 传感器的分类及性能要求一、分类1 1按用途：测力传感器：重量、拉（压）力、力矩、应力2位移传感器：长度、厚度、应变、振幅3速度传感器：值点振

5、速、流量、流速、转速4加速器传感器：振动、冲击、质量等2.2. 按转换性能：参数式：电阻、电压、电参2电能式：磁电式、压电式、光热3.3. 传感器的命名：将转换特性与用途结合起来如磁电式速度计、压电式加速度计二、传感器的特性：1.1. 输入特性1输入量的形式：被测物理量的类型（非电量）2输入量的有效范围：即量程，下限由传感器本身的灵敏度（灵敏 限）,误差及干扰信号的信杂比决定；上限（最大值）由弹性元件的 机械强度和输出量的最大线性值决定。3对被测量的影响（负载作用）：传感器与被测体接触时，或多或 少地从被测体中抽取部分能量，会使被测体改变其真实状态，这就是 负载作用。4 / 362.2. 转换

6、特性1转换函数：输出量与输入量之间的函数关系：y=f(x)y=f(x)一般为线性，即 y=kx+by=kx+b。K=?7称传感器的灵敏度，理想时 K=xK=x。传感器的误差:a.a.非线性误差：？f=f=士竝x100%100%ymf fmax最大误差的平均值（多次测量）ym满量程输出的平均值b.b.滞后误差（迟滞误差）：正反行程输出一输入曲线不重合的程度：？c=c= 士卫叱ioo%2ymC Cmax正反行程曲线最大偏差ym满量程输出的平均值三、对传感器的要求：一个理想的传感器，应具有较高的精度，线性度大的测量范围及较强的抗干扰能力，小的负载作用。2-22-2 传感器的结构原理一、电阻应变式传感

7、器（详细内容以后章节专门介绍）1.1.应变式压力盒。2.2.钢环应变计。5 / 36二、压电式传感器1 1压电效应：当压电材料（如 S SiO O2,酒石酸钾钠钛酸钡等）受力发生变 形时，材料的两端有电荷积累的现象。2.2. 压电式加速度计1原理：（画图说明）：a.a.晶体b.b.质量块c.c.弹簧 d.d.附件2特点: :测量频率范围 0 0106HZ;可测冲击；输出信号强，体积小， 质轻。3用途：测质点振动加速度，也可通过积分放大器测质点振速及位移。三、 电感式传感器1.1.差动变压器式2.2. 电感式压力盒四、 电容式传感器1.1.原理：改变极板的负极或改变极板间距离及介质的介电常数。2

8、 2特点：灵敏度高，结构简单，负载作用小，动特性好，但电缆电 容影响大，需专用仪器。3.3. 用途：测量位移、角度、压力、振动参数。五、磁电式传感器。1.1. 结构：线圈 永久磁铁 铁芯 弹性模片2.2. 特点：灵敏度高，输出大，可与多种仪器配合。3.3. 用途：用来测量运动体的速度，振动参数等 六钢弦式压力盒也叫压力盒。以后专门介绍。1.1. 结构：承压膜，钢弦，线圈，铁芯，钢弦支柱等2.2. 特点：灵敏度高，稳定性好，结构简单，但测量仪器为专用仪器。6 / 363.3. 用途：测地压等2-32-3 传感器的标定（实验内容）一. 定义及意义：1.1. 定义 : :用试验的方法确定传感器性能参

9、数的过程。称为传感器的标 定。也叫校准或率定 . .2.2. 标定的意义1是取得准确测量数据和减少误差的依据 . .2刚制成的传感器由于材料的性能和几何尺寸的差异， 不可能与 设计指标完全相同。要知道其真实指标必须进行标定3传感器在使用过程中，由于环境的变化，老化，无意损失等因 素 . . 使传感器原来的性能发生变化 . . 要想知道传感器在测量时 的实际性能，必须进行标定 . .二. 传感器标定的内容 不同用途的传感器标定的内容不同 . .1.1. 测力传感器的标定内容：1静态标定：作出加卸载曲线，确定灵敏度及非线性2动态标定：通过对标定时记录曲线的处理，确定动态灵敏度, 频率特性及阻尼特性

10、 . .2.2. 测震传感器的标定内容： 灵敏度 幅频特性 相频特性 谐振频率 阻尼系数 电 阻抗三. 传感器的静态标定方法（实验）第三章 记录装置3 31 1 记录装置基本知识一 . .基 本概念7 / 361.1. 记录装置： 将测量结果以人们便于观察的形式显示或记录下来 的设备，叫记录装置。2.2. 显示器：又叫指示器 . .将测量信号用指针 . .数字或图示曲线的形式 反映出来，使人们便于观察结果的装置叫显示器3.3. 记录仪： 将测量信号能够记录下来， 或暂时保存下来， 再用某种 方式记录的设备，叫记录仪。二 . .记 录装置的分类及特点1 1 显示器的分类：1各种指针式仪表：可直观

11、动态区间. .精度低一般极性不能反接. .2数字表：直接显示数字及极性。精度高极性可反。3屏幕显示器：可直接显示图形，文字等 . .具有指针表及数字表 的共同优点 . .缺点是价格贵 . .体积较大。4电子示波器：直接显示电信号的变化过程及特征，测量频率可做得很高，但误差较大，价格贵，体积大。2 2 记录仪的类型（ 1 1）模拟记录仪：将输入信号的大小 . .强弱直接用曲线形式记录下 来的仪器叫模拟记录仪。1光线示波器：测量频率高。010000HZ010000HZ 误差较大，体积大，笨 重，用来测量动态量。2函数记录仪：精度高，测量频率低 02HZ02HZ 体积较大，用来测量 静态量。如：应力

12、应变曲线。3模拟磁带机： 精度高， 测量频率高 020KH020KH 但需回放， 不直观4记忆示波器：测量频率高 0100MHZ0100MHZ，直观，记录时间达 7 7 天 精度较低，8 / 36体积较大。（ 2 2）数字记录仪：将测量信号以某种代码记录下来。一般都能与 计算机配合使用。1数字打印机：记录速度低，精度高，可配计算机。2数字磁带机：精度高，但不能直接观察，价格高。3穿孔机： 记录速度低，存储量小，不直观。4瞬态记录仪：精度高，测量频率高，由计算机或单片机控制， 能自动处理数据，实现自动化，但价格高。3 32 2 光线示波器一光线示波器的工作原理光线示波器的基本原理是： 当输入电信

13、号加在电磁线圈上时， 线圈受 磁场力的作用而摆动， 经光学系统及机械系统的配合， 变成按输入信 号变化的光点的移动， 光点又照到记录纸上感光， 当记录纸按一定速 度移动时，便得到记录轨迹。二光线示波器的组成1 1、振子系统：包括振动子，磁系统及恒温装置。2 2、光学系统：光源设备及光学透镜，亮度控制，记录光路，时标光 路，分格光路。3 3、机械系统：带有电磁离合器的变速箱，电动机，定长机构，记录 纸推动装置，曲线分辨装置等。4 4、时标系统：振荡器，脉冲电源，频闪灯等。5 5、电源及辅助装置：电气部分的供电电源，通风系统，防震器，外 壳等。三振子系统9 / 361 1 振子的分类及工作原理 .

14、 .（1 1）动圈式振子：活动部分由镜片，张丝和线圈组成。 特点：体积小，本身不带磁铁，可将数十个振子共用磁极，工作频 率较高。（2 2）动磁式振子：由电磁铁，镜片，张丝，磁铁组成。 特点：抗震性能好，无需外加磁极，总体积小，灵敏度高，但工作 频率低。2 2 动圈式振子的工作特性（1 1）振子的灵敏度10 / 36单位电流所产生光点的偏移量，叫振子的直流电流灵敏度其中：Y-Y-光点偏移量，即记录幅值，单位是 mmmmI I输入电流，单位是 mAmAB B磁极的磁场强度n n振子线圈匝数S S振子线圈历程LB光电到记录纸间的距离G G扭转刚度系数。振子的灵敏度与线圈的匝数，磁极的磁铁强度，线圈的

15、面积及光臂长成正比，与张丝的扭转刚度成反比。(2)(2)振子的阻尼对振子运动状态起约束作用的是振子的阻尼。如果振子没有阻 尼，当测量一个方波信号时，它将在新的平衡位置，以自振频 率不停的摆动，反之，如果振动的阻尼很大，信号上升的速率 将变得迟缓，不能再观测出方波特征，而产生失真。振子的阻尼用阻尼系数表示。当B=0.60.8=0.60.8 时，称为最佳阻尼状 态。在实验室条件下，可对振子的阻尼系数进行测量或检验：超量比一讦？- 丁用s 表示，SinBSGLB11 / 36阻尼系数;_厂（In ）2（3 3）振子的幅频特性当光线示波器输入幅值一定的电信号时，振子记录光点的幅值随输入信号的频率变化而

16、变化的特性，叫振子的幅频特性。振子的幅频特性用幅频特性曲线表示，主要体现在以下两个方 面1.1. 不同的阻尼的振子其幅频特性曲线不同。当记录直流信号时 能真实再现幅值，当测量频率不为零时，记录幅值均发生畸变。2.2. 阻尼最佳时，即B=0.60.8=0.60.8 时，如果记录频率不大于振子自 振频率的 45%45%幅频特性曲线接近平直，这时，记录幅值误差较 小，随差记录频率的升高，记录幅值将下降。四. 光线示波器的使用要点1 1 .操作开机后按启辉按钮，待 1010 分钟左右，超高压水很灯亮度稳定， 方可开始记录。如果在使用过程中突然断电，或短时间停电，要 经 1515 分钟左右的冷却时间，才

17、能再开机，否则，高压水银灯容 易发生爆炸或损坏。2 2.振子的选择1 1） 型号的选择：根据光线分波器的型号选（见 1919 页表 3-23-2）如 SC1SC16 6型光线分波器. .选 FC6FC6 系列的振子；SC20SC20 型光线示波器， 选 FC11FC11 系列的振子。2 2）自振频率的选择：根据工作频率：f f工大于等于 F F给定（表 3 33 3）3 3）灵敏度的选择：当振子型号确定后，表中 s si有两个即 l lB=n=n 和In12 / 36l lB=100cm=100cm。一般选 l lB=n=n 时的灵敏度。3 3阻抗匹配当振子内阻大于放大器输出阻抗时， 在振子上

18、并联一电阻。 使振 子的时效阻抗与放大器输出阻抗相等。 这时应考虑并联后电阻的 分流作用。当振子的内阻小于放大器的输出阻抗时，在振子上串联一电阻。使二者串联阻值与放大器的输出相等。4 4 .记录纸速度：V=fV=fXs=Ss=S/ T Tf f 记录最大频率S S-要记录的最小周期的距离T T记录最小周期第四章 电阻应变测试技术4 4 1 1 概述一. 电阻应变测试技术的基本原理用电阻应变片贴在被测体表面，作为传感元件，将测点的应变 转换成电阻的变化， 再通过电桥电路将电阻的表化转化成电压或者 电流的变化，最后将变化的电信号放大，以应变的标度表示出来。二. 特点及适用范围（一）特点1.1. 分

19、辨率高。最小可达 1010-82.2. 尺寸小、重量轻、负载作用小，可测较大应力梯度的局部应变3.3.频响好 测量频率 f10f105HZHZ4.4. 误差小 0.5%0.5%13 / 365.5. 工作稳定可在高温高压、强碰场、核辐射、超低温条件下测量。、,56.6. 测量范围大。一般 1212X1010 HZHZ7.7. 用途广除测应变外，还可测力，扭矩，压强，振动加速度。8.8. 通用性好。可与多种设备配合较大的选择余地。9.9. 使用方便。方法易掌握，便于普及。（二）使用范围1.1.只能测表面的应变2.2. 若测应力分布，工作量较大。4 42 2 电阻应变片一.类型及结构1.1. 丝栅

20、式应变：圆角线栅式：价廉 粘度低 很想效应大直角线栅式：价廉 粘度低 横向效应小2.2. 简式应变片：敏感栅用 0.0030.0030.010.01 伽的全屏镀膜。经光刻腐蚀而成，基底材料为胶基，其特点是精度高，承受电流 大，但价格高。3.3. 半导体应变片：用半导体材料，经真空蒸镀制成。其特点是灵敏 系数特别大，但温度效应大二.电阻应变片的工作原理。根据电阻定律：R=JR=J 两边取自然对数：14 / 36InIn R=lR=l np+lnp+l nl-lnl-l nsns均为变量，两边微分:由实验可知：坐/在一定范围内是常数。P输人应变成正比。这里 k k 是应变片的灵敏系数。一般为 2

21、2 左右 半导体应变片的 k k 值可达 175.175.三. 电阻应变片的工作特性。1.1.灵敏系数 k k。是反映电阻变化与被测应变间关系的重要参数。 影响 k k 的因素 很复杂。目前不能用理论精确计算。旦能在实际生活中抽样试 验。一般抽样比例为 1%1%。然后再尸 0.2850.285 的强度梁上试验求 的。2.2.横向效应。3.3. 应变极限：在一定温度下，指示应变与实际应变相差的应变值dR dRd ds。其中：S= = 22 參2 n drdR dpRPdl 2drI r又；又；drrdlldRR+2+2 卩&空。将式子变成输出量与输人量的关系：Pdp/P=k=k。则譽/=k=k

22、或響 k k &说明输出电阻的变化与C=C=n r2l n10%10%时15 / 364.4. 温度效应:1丝栅电阻率的变化，引起电阻的变化。2丝栅贴在被测材料上，材料的膨胀系数不同。5.5. 动态响应时间：1测量动应变时：f=f=（丄丄）。1020 I2测量冲击信号时：上升时间 t tk= = 4 43 3 电阻应变仪一.分类及发展。 一 分类。1.1. 静态电阻应变仪：用来测量缓慢变化的静应变或与应变式传感器配合。测力，力矩，重量等。其本身只有一个通边，配合多点转换器可进行多点测量。如 y5-5y5-5 型号2.2. 静动态电阻应变仪：主要用于测量200Hz200Hz 以下的动应变或静态量

23、的测量。如 y5D-1y5D-1,y5D-7y5D-7 型。3 3动态电阻应变仪：用于 10kHz10kHz 以下的动态测量，一般可做成多通边。如 yD-15yD-15, y6D-3y6D-3 型号4 4超动态应变仪：用于 0 0200kHz200kHz 的应变测量。如爆炸应力波， 冲击波等。如 y6C-9y6C-9 型二 发展：将应变仪与数字技术为一体，向着小型化，多点化，数字化，高16 / 36精度，自动化，智能化方向发展。二 电阻应变仪的结构原理1.1. 静态电阻应变仪：测量电桥，读数电桥，振荡器。交流放大器 相 敏检波器，指示电表，稳压电流。 （框图说明）2.2. 动态电阻应变仪：测量

24、电桥，标定电桥，振荡器，交流放大器，相 敏检波器，滤波器，输出接口， 稳压电流，（框图）三 电阻应变仪的基本测量电路电桥1 1，电桥的分类：1按拱桥电源 : : 交流电桥 直流电桥2按电桥的工作方式：平衡电桥（零读）；直流电桥（不平衡）3按电桥的输出信号：电压桥：放大器的输入阻抗。功率桥：放大器 的输人阻抗相等。4按电桥的桥臂电阻：全等臂电桥：R=R=R=FR=R=R=F4. .半等臂电桥：立式桥（R R 对称电源），卧式桥（R R 对称输出）。5按电桥桥臂工作情况：单臂电桥；双臂电桥；四壁电桥。 2 2，电桥的转换原理：先以最简单的直流电桥的单臂电压桥为例：17 / 36由电工原理可知:LB

25、D=LABUAD=|iR-lR-l2R R4=-R1-R4R1R3RR:4U当电桥R1R2R3R4(R1R2)(R3R4)处于平衡状态，即UBD=0即 RR3-RRR3-R2RFORFO 或RRFRR.R=RR=R二二RFRFR,由上式:UF(R1R)R3R2R4UD= =R R2)(R3R4)由于分母中的 R R 项与 4R4R 相比较小，对分母的影响小，可以略去。 因此得：UBD=U上，结合应变片的转换公式 上K4 RRUBDUK,其中，U,K为常数44可以看出，电桥的输出电压与输入应变成线性关系，可用输出电压的大小来表示应变的大小。= =U1= =2=R3R4当应变片 R R 产生应变时

26、,R=R+R=R+ R,R,设电桥为全等臂电桥，即R2RRR2U(2R R) 2R4R 2 RB18 / 363,3, 多臂电桥的转换原理及特性。在电桥桥臂上有两只以上的应变片工作，称多臂电桥。设四只应变片的电阻为 R R R R R R F F4对应有 R R R R R R3 R R4, ,根据(4 41 1) 式，将各 R R 值代入：U U二二一Rl)(R3 R3)RR2 )( R4 R12U略去分母中的 R R 高次(R1R1R2R2)( R3R3R4R4)项，因 R R 值相等，贝心U R1R2R3R4UK,U UBD= (1234)或 UBD (1234)(4(4 2)2)4 R

27、 R R R4从(4(4 2)2)式可以看出，多臂电桥有如下特性：1单臂工作电桥是全等臂电桥R R 咼为零时的特例。2两相邻桥臂工作时，若相邻桥臂阻值的增量 R R 符号相同，那么输出减小或为 0 0,反之输出增大。3两相对桥臂工作时，若电阻的增量厶 R R 符号相同，输出增大，反之输出减小或为 0 04电桥的输出电压与供桥电压成正比，在电阻增量符号相同的情况下，电桥的输出越大，电桥的灵敏度越高，Sc匕亜U即电R 4R4桥的灵敏度与供桥电压成正比。 4 44 4,应变测量中应掌握的几个问题一.应变片的选用及粘贴。1.1.选用。1几何尺寸地选择：即基长(标准)和丝栅宽度的选择。19 / 362电

28、阻值的选择3灵敏度的选择4应变片类型的选择2.2.贴片1试件表面处理：打磨清洗2涂胶：502502 胶水，应变胶，换拳胶等3贴片4检查：万用表，电阻电桥，放大镜5防潮处理。二.现场测试前的准备工作。1.1.制定测试大纲：测试目的，要求，测试系统，方案。2.2. 实验前准备工作：原始数据，材料设备，测试系统3.3. 系统标定计数：动态系统：y=y=4CS仪S振iC=C=二4测静态系统实上 C C 同上。4C 4 45 5 电阻应变测试的实际应用电阻应变测试技术在岩土工程的实际应用， 主要是对岩土体的动静应力，应变的测量，包括以下三个方面的内容：一单向应力测量。1.1.锚杆强度及锚固力的测量。20

29、 / 362.2. 巷边围岩及支架压力的测量。3.3. 岩石试件的弹性参数的测量 二平面应力的测量1.1. 方向已知的平面应力的测量 2 2 方向未知的平面应力的测量：单孔孔底应力解除法 单孔孔径应力 排除法。三 岩石三维应力测量 用于地下钻孔法测地应力 1 1三孔交汇孔底应力排除法2.2. 单孔孔壁变形法。第五章 爆破震动测试技术一、爆破测震技术的主要任务。测量岩土体在爆破作用下，各种动力学和运动学参数。二、测量目的。研究爆破引起的地压运动规律和震动对建筑物工程实施的影响， 从而采取一定的降震措施， 控制它的危害，同时获得最佳的爆破效果， 充分发挥它的有益作用。5 51 1 爆破地震测量仪器

30、爆破地震测量仪器也是电测系统， 且为动态测试系统， 其一次仪表为 传感器，在这里叫拾震器。二次仪表有放大器和记录仪组成。 一，拾震器1.1. 分类 : :按转换特性：磁电式（动圈式）压电式应变式电参式电感式按测量内参：位移计速度计加速度计21 / 36电动式电阻电感式0.5kc 1kc 5kc 1Okc3 3）输出量与输入量的关系。a a,线性关系：对于测量相应内容的拾震器，其转换关系是线性的， 如 速度计输出的电压与值点震动的速度成正比， 即线性关系，压电式加 速度计输出的电荷与值点振动得加速度成线性关系。b b，微积分关系：对于测量不同内容的拾震器，其输出量的大小与输 入量的大小是微积分关

31、系，如用速度去测量加速度，必须对速度计的 输出进行微分，才能获得加速度的值，若直接用速度计测位移，必须 通过积分电路或者积分放大器，才能获的位移量。二。放大器的类型及所组成的测试系统。1 1 微积分放大器。1 1）原理：即对拾震器输出的电量通过微积分电路进行电学微积分。微积分放大器。URR Cdedt22 / 362 2）特点：用一种拾震器可测多种参数。但精度低。2 2 电压放大器。1 1）组成：晶体管或集成电路2 2） 特点：输入阻抗高输入电缆不能太长 1.21.2 米积分放大器：UCRCedtRC输出阻抗UR23 / 36低24 / 363 3）用途：与压电式或电动式拾震器配合进行相应测量

32、。3.3. 电荷放大器：1 1） 组成：前级由场效应管，后级有电压放大器组成组成2 2） 特点：输入阻抗极高 101091010142输入电缆可达 10001000 多米3输出阻抗低 频率范围宽 0.00160.0016 200kHZ200kHZ3 3）用途：与压电式拾震器配合，进行加速度测量 4 4 动态电阻应变仪组成的测振系统。1 1） 组成：由应变式测振传感器及动态应变仪组成2 2） 特点：低频特性好，电缆不宜太长。3 3） 用途：与应变式拾震器配合进行相应参数测量 5 52.2.爆破震动参数的测量方法。一。振动参数及衡量振动强度的物理量。爆破地震参数主要是指质点振动的运动学参数。也就是

33、质点的位移， 速度，和加速度。设地震波在无限介质中传播，这时，它符合简谐振动规律，可以把质点振动的位移，速度，加速度表示为:dAsin（dtddt的测Asin t.a=a=2Asi n(t2)t )在震动参数通常是测量最大震幅，即 :25 / 36A; A; a26 / 36以便与分析。我们得到振动参数后，是用它来衡量振动强度，也就是振动的位移， 速度和加速度时衡量振动强度的主要依据。但由于研究的意义不同，具体采用哪种参数也不一样，例如：中科院和地震部门一般采用加速 度峰值，而冶金，铁矿部门一般采用速度峰值，国外一些部门，如美2国，有些人提出用能量比ER寻来衡量地质强度。二。爆破参数的测量方法

34、。（一）测量仪的标定（测量系统标定）在实验室条件下，进行二级标定。1.1. 二次仪表的标定：用标准的电信号输给放大器，再记下记录仪的读 数。2.2. 拾震器的标定：将拾震器固定在振动片上，然后用读数显微镜读出 振幅。例题（八三级试题五题）（二）质点振动峰值的获得。每个测点要布置三个方向得拾震器，即1 1。 指向爆源（水平径向）2 2。 水平切向（垂直于水平径向）3 3。 垂直方向（竖直方向）可得到 3 3 个分量，理论上该点振幅峰值，应该是同一时刻各点分量的 矢量和。然后各矢量和比较，取其最大值，作为该点的振幅峰值。但 这样做起来比较麻烦，一般近似用三个分量最大值的矢量和最为该点的振幅。即：R

35、X ymzm（三）测点的布置。27 / 361.1.测点要足够多，每次不少于 6 6 个。2.2. 爆心距有一定差别，为了研究振动的衰减规律，拾震器要布置在距 爆破中心不同的同心圆上，且近距离要用强振仪，最远点用弱震仪。3.3. 在研究振动对通讯物的动力反映时，除建筑物的邻近地方布置测点 外，还要在不同的高度布置测点。（四）拾震器的安装定位在测振中，必须使拾震器与测点牢固结合，当水平加速度大于0.1g0.1g时，必须采取以下措施：1.1. 对于岩石表面，浇注平整的砼墩子 然后：1可采用粘结剂，使拾震器与墩子固定（但要考虑拆卸）2可预埋螺栓，然后将拾震器螺栓与其固定。2.2. 表面为土质时：1预

36、埋铝盒（300300X300300X300300）2将土表面整实后铺石子，然后浇注砼墩子，再按方法1 1,3.3. 表面为金属，砼或岩石，可用衬钉枪固定螺栓，然后将拾震器拧紧。三。直观分析。1.1. 振幅读数：找出最大震幅，方法有三种：1明显的最大振幅，量得峰一峰值，除 2 22不明显的最大震幅，各峰值对比，然后取其大值。除2 23波峰上由凹陷时，将凹陷反向迭加。28 / 362.2. 频率和周期的读数。一般是先量得周期倒数后得频率，根据上述三中确定振幅的方法。对 应有三种确定周期的方法：最大震幅相邻的波峰或波谷2最大震幅对应的半周期乘以二3由峰一峰值确定的最大震幅，则周期为峰一峰值时间的二倍

37、。 5 53 3 振动速度及安全参数的计算 一。质点振动速度的计算 振动速度与炸药量成正比，与爆心距成反比，据前苏联沙道夫斯基的 经验公式:k(有效装药量 kgkg k k与岩性及爆破环境有关R R-夕卜心距 m m一般 k k 为 2020 800800 之间，a为 0.80.8 2.82.8 之间二。安全参数的计算1.1.建筑物破坏的临界速度为：5cm/s.5cm/s.2.2. 稳定巷边坡破坏的的临界速度为：40cm/s40cm/s3.3. 露天矿边坡完整岩石破坏的临界速度为：25.4cm/s.25.4cm/s.第六章钢弦或测试技术 6 6 1 1 弦测法的基本原理和特点。原理: 如图:其

38、中v-质点速度 cm/s.cm/s.a地震波随距离衰减29 / 36（一）压力盒的压力频率变换。（二）压力盒钢弦振动的激发方式：1.1.单线圈间歇式激振2.2. 单线圈连续激振（由钨丝和永久磁铁组成）3.3. 双线圈连续激振二。弦测发的特点：1.1.性能稳定可靠；无需温度补偿，可使用 5 5 1010 年，长着 3030 年。2.2. 精度高，0.05%0.05%3.3. 抗干扰，便与遥感，导线长达 10001000 3000m3000m4.4. 构造简单，易加工，便于安装。5.5. 值轻，便携，最小 1kg1kg。缺点：只能侧静压，一般只能人工读数，实际应用时应配传压囊。 6 62 2 钢弦

39、压力盒。30 / 36一. .类型:1.1. 按原理：单线圈双线圈钨弦2.2. 按结构：立式卧式3.3. 按用途：应力（压力） 重量 阻力 扭矩 二. .构造（单线圈）：图示说明。三. 压力盒的转换原理. .根据弦的固有频率. .f其中 L L 为弦长，为弦的内应力，为弦的密度E 1El?f当有承压膜间接作用在钢弦时： 6 63 3 钢弦频率测定仪一. 类型及特点：1.1.示波式：为早期产品，优点少，精度低，笨重，所以一般不用。2.2. 数字周期式：采用数字集成电路，由计数器计时，数码显示时间， 精度高，操作简单，轻便，缺点是不能直接读频率。如 JDJD 5.5.3.3. 数字频率式：采用数字

40、集成电路，由计数器测频，数码显示频率，具备 2 2 的全部优点，并直接读频率。如 GSGS 1 1 型。4.4. 示波数字混合式：采用现代技术将示波器做成轻型，与频率仪合为 一体。优点多，直观，便于比较，相当于一台备用仪器。二. 结构原理. .推出：4L2f2kp.弦频率。fo代表弦自振频率。31 / 36只介绍数字频率式:*计数 6 64 4 弦测技术应用的几个问题一. 传压囊的设置. .二. 压力盒的性能试验. .1.1.钢弦与销钉的抗滑性：在 50HZ50HZ 的振动片上.10.10 1515 秒。小木槌在 2 2 分钟内敲打 3030 次. .f fv10HZ10HZ2.2. 密封防水

41、：水中泡 7 7 天，然后加 4kg/cm4kg/cm2压力，恒压 6 6 小时。是否 进水。3.3. 稳定性试验：作完前两项后放置一年，f10HZ.10HZ.4.4. 重复性试验：反复加卸载，与标定相同。5.5. 标定（同传感器标定，一般在液压状态下）三. 布置与埋设. .1.1. 巷道支护压力测量. .2.2.峒室支护压力测量. .四. .观测方法 . .1.1. 压力盒电缆集中于一观测室，并编号 . .2.2. 定期观测，每次每电测量不小于 3 3 次。第七章 岩体声波测试技术显示32 / 36声测技术属现代物理技术， 广泛应用于水工， 机械，医疗卫生， 矿山， 国防，土建等。岩体声波测

42、试， 是在一定点向岩体发射一定频率的脉冲声波， 由于波 可以在介质中传播，这样， 在发射点一定距离处，可以接受到声波信 号，利用这种方法，可以研究声波在岩石中的传播途径，这种方法在 地质勘探及岩石力学研究中， 已成为常用的和很有发展前途的一种无 破损测试手段。 7 71 1 岩体声波测试的基本原理一. . 声波测试中的声波特征。1.1. 声波的波速：即声波在介质中的传播速度， 当介质受到扰动后产生 的弹性变形， 它在平衡位置振动或旋转， 扰动以一定速度不断向前传 递，也就是声波以一定速度传播。2.2. 声波的频率 : :岩体声测技术涉及的声波频率一般是指几千赫兹至几 兆赫兹的声波或超声波。3.

43、3. 纵波（p p 波）：声波在介质中传播，表现为压缩或膨胀交替出现， 所以又叫压缩波，膨胀波或疏密波，简称为 p p 波。其特点是质点振动 方向与波的传播方向一致。4.4. 横波（ s s 波）是剪切变形引起的质点振动所形成的波，其特点是质点的振动方向与波的传播方向垂直，并且只能在固体中传播 二. .岩石的弹性参数与波速之间的关系 根据我们以前学过的弹性力学中弹性介质的波动理论，在无限介质 中，纵波及横波与岩石的弹性参数有以下关系：Ed1 dEd1卩(1d)(1 2d)2(1 d)可视为无限介质的条件为：垂直传播方向的尺寸为：D DM1010沿传播方向的尺寸为：I 333 / 36满足以上条

44、件，可以按照无限介质处理。若声波在有限介质中传播，常见的是杆体内的声波，我们把它成为柱 波，它是波的一种，只是垂直传播方向的尺寸足够小，才存在。细长杆中的柱波与弹性参数有以下关系：pEd可视为细长杆弹性介 质的条件为：I 3D, 5D三. 岩体的物理力学特性对波速的影响1.1. 岩性对波速的影响：岩性越好，越致密，波速越高，据此可以划分 岩性，岩层等。2.2. 岩体结构对声波传播速度的影响：结构面越多，风化越强，波速越 低，与结构面垂直方向的波速低于平行方向的波速。3.3. 岩体应力状态对波速的影响：随着岩石应力的增加，岩石裂隙闭合， 孔隙减小，使波速增加；但当应力增加到超过岩石的弹性状态进入

45、破 坏状态时，裂隙再次出现，岩石即将破坏，波速也将急速下降。4.4. 岩体强度对波速的影响：岩石的单轴抗压强度与波速成正比：sc10p3（其中 sc单位为 kg/cm2,p为 km/s）p124 Rc15 138（p为 m/s, Rc为 kg/cm2）5.5.湿度对波速的影响：湿度增加波速略有增加，当含水量达70%70%以上时，波速增加较快。 7 72 2 岩体声波测试技术常用的声波探测仪器一. .声波换能器（声波探头）1.1.类型：横波探头，纵波探头。2.2. 结构组成：a.a.压电晶体 b.b.辐射体 c.c.配重 d.d.外壳 e.e.引线 如图：34 / 363.3. 电特性：a.a.输入输出