内科大安全环境监测技术课件第8章 岩土工程安全检测

第8章岩土工程安全检测

8.1安全自然条件1）地应力：影响工程位置。2）地质条件：节理、层面、片理、断层等使强度降低。3）力学性质：强度指标和变形参数，使岩体稳定的主要指标。4）地下水：岩土软化，强度降低，减小裂隙间的粘结力和摩擦力。5）环境因素：地震、地下水、气象、地层错位等。8.2安全监测即长期观测，仪器设备适合野外工作条件。1）监测仪器：变形类；压力类；渗流类；温度类及动态检测仪器。2）监测方法：观测基准值；观测频率的确定；观测物理量的确定；观测成果图表的确定。8.3岩体声波测试技术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。8岩土工程安全检测岩体声波测试，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。8.3.1岩体声波测试的基本原理1）声波测试中的声波特征（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）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）纵波（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波。其特点是质点振动方向与波的传播方向一致。8岩土工程安全检测（4）横波（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。2）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：可视为无限介质的条件为：垂直传播方向的尺寸为：D≧10λ；沿传播方向的尺寸为：l≥3

λ满足以上条件，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：

可视为细长杆弹性介质的条件为：8岩土工程安全检测3）岩体的物理力学特性对波速的影响（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）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）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）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：（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%以上时，波速增加较快。8岩土工程安全检测8.3.2岩体声波测试技术常用的声波探测仪器1）声波换能器（声波探头）(1)类型：横波探头，纵波探头。(2)结构组成：a.压电晶体b.辐射体c.配重d.外壳e.引线

如图：

(3)电特性：a.输入输出阻抗：低阻；b.谐振频率：即工作频率几千—几兆；c.辐射方向：单向辐射；d.辐射角：越小越好。有时用指向性表示。2）声波探测仪的工作原理如图所示：其中：发射系统由单稳，脉冲放大和发射探头三部分组成。接收，计时，显示由接收探头，放大，示波，计数，标刻，扫描延时，发射延时和振荡器八部分组成。8岩土工程安全检测8.3.3岩体声波探测的基本方法1）透射波法（直达波法）即发射探头和接收探头对接，中间为被测体.(1)测量条件：被测岩石能使两探头在同一条直线上，且距离已知。(2)特点：获得的能量大，探测距离远，可达30米。(3)用途：岩石试样的弹性波测试，两钻孔之间，巷边矿柱等测量.2）反射波法（回波法）发射探头与接受探头同向放置，固定于岩石表面.(1)测量条件（反射条件）：遇结构面，层石对不同声速的介质。(2)特点：同一测点可测岩体的一定范围，但直达波的干扰严重。(3)用途：岩层，支护层，结构面的厚度及位置。3）折射波法（首波法）这种方法类似光的全反射现象，当声波从一种低速介质传到另一种高速介质时，具有折射现象，当折射角为90°时，声波会沿着第二种介质的表面传播，这种波叫折射波，又叫滑行波。8岩土工程安全检测(1)测量条件：β=90°(2)特点：折射波位于波形的最前列，可以排除干扰。(3)用途：主要用于声波测井，区分岩层。4）波形的识别方法(1)纵波与横波的区别a.在同一介质中，一般纵波的波速大于横波的波速，若

b.一般纵波的振幅小于横波的振幅c.一般纵波的频率大于横波的频率(2)纵波与横波的获得如果要突出某种波形，可用不同的探头布置方式：a.突出纵波：可用透射波法b.突出横波：收发探头与探测方向成一定角度

c.可用专门的横波探头，可以大量突出横波振幅。(3)波形的调整为了便于确定波形的特征（纵，横波），可以改变发射脉冲宽度，使波形幅值增大，波形最简单。8岩土工程安全检测(4)纵波与横波初至时间的确定a.纵波初至时间的确定纵波波形在示波器的最左端，找到波形以后，增大放大器的增益，减少扫描宽度，然后将时间标划线的尖脉冲移至起跳点。b.横波初至时间的确定横波速度低于纵波速度，在示波器上位于纵波之后（右），按横波特征找到横波波形以后，可以减少放大器的增益，将纵波降至与基线相当，然后减少扫描宽度，并将时间标刻移到横波波形的起跳点。5）探头的耦合为了使探头与被测介质紧密接触，尽量减小能量损失及时间误差，探头与介质之间用耦合剂耦合，对于纵波探头，可用黄干油，凡士林作为耦合剂，横波探头可用石腊，杨酸苯脂等热熔固定耦合。8.4岩体声测技术的应用1）岩石弹性模量和泊松比的确定(动态)8岩土工程安全检测（1）纵波速度的测量方法：可选用5×10cm或5×5×10cm标准试件，按无限介质理论：8岩土工程安全检测即选用1兆赫的声波探头，然后用透射波法