岩体弹性波波速检测试验讲解

6.3岩体弹性波波速检测试验■岩体弹性波速检测技术■岩土工程弹性波检测技术■工程应用0102036.3.1岩体弹性波速检测技术■岩块（试件）波速测定岩体弹性波速测定与混凝土中弹性波波速的测定方法相同。①透射法（常用超声波法）把振源和接收器放在岩块试件的两端，通过时间差和试样长度来推算P波波速Vp。②

冲击回波法在试样的同一个端面进行激振和接收，根据频率和试样长度进行波速测定。透射法冲击回波法6.3.1岩体弹性波速检测技术■岩体波速测定测试方法①单孔测试：测试孔不同深度上两接收换能器之间孔壁岩体波速的平均值②

跨孔测试：测试两对穿孔之间不同深度上岩体波速的平均值单孔和跨孔测试均能较好的反映被测介质的真实速度。

采用波①

超声波：1米以内②

冲击弹性波：数十米跨孔SV波敲击板法SH波，侧视6.3.1岩体弹性波速检测技术■影响岩体波速的因素岩石软硬程度的影响岩体的波速直接可以反映软硬程度。

岩石密度影响一般岩石的弹性波波速会随着密度增加而增加。岩体的种类对弹性波速也有明显的影响。各类岩石纵波波速与密度关系6.3.1岩体弹性波速检测技术■影响岩体波速的因素裂隙或夹层影响弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，若裂隙中充填物为空气，则弹性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播；若裂隙中水，传播能量有5%可以通过，若充填物为其它液体或固体物质，则弹性波可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的能力与弹性波的频率和振幅有关。频率越低，跨越裂隙宽度愈大，反之愈小。弹性波传播受到传播段内裂隙数量、裂隙宽度、及岩体风化程度等影响。6.3.1岩体弹性波速检测技术■影响岩体波速的因素孔隙率和吸水率的影响随着有效孔隙率的增加，纵波波速会急剧下降，随着吸水率的增加，纵波波速也会急剧下降。各向异性性质影响平行层面纵波波速大于垂直层面波速，可引入各向异性系数C来反映岩体各向异性的程度。C等于平行层面波速/垂直岩层波速岩体受压应力的影响应力对波速影响主要体现在随着压力的增大，纵波波速也会随之增大；压应力了影响到纵波各向异性，一般压力愈大，纵速波速各向异性系数愈小。6.3.1岩体弹性波速检测技术1.岩体完整性评价岩体的完整性程度是决定岩体基本质量的一个重要因素。应该采用定性划分和定量指标两种方法进行确定。①定性评价：根据结构面发育程度（包括结构面组数及其平均间距）、主要结构面的结合程度、主要结构面类型及其相应结构类型等进行综合判定。广泛应用于岩体性能的综合评价：如岩体完整性评价、岩体不均匀程度评估、岩体基本质量评价、岩体裂隙程度检测、岩石变形特性检测。②

定量评价：岩体完整性指数KvVpm：岩体（实体）弹性纵波波速（km/s）Vpt：岩石（试件）弹性纵波波速（km/s）需注意：在岩体中和岩石中所采用的方法必须一致。修正：试件测试采用冲击回波法，而实体检测采用透波法时，需按式6-15进行修正；岩体完整性指标和岩体完整程度的对应关系，见表6-4■成果应用6.3.1岩体弹性波速检测技术■成果应用2.岩体不均匀程度评估(利用纵波速度)将岩石按剖面系统或钻孔系统确定的一组组合纵波波速值加以归纳，表示成分布曲线或积累曲线，依据公布曲线的形状，可以岩体不均匀性或均匀性建立初步概念。曲线越窄和越高，则岩体的均匀性就好，反之，曲线越宽和越低，则岩体的均匀性就差。3.岩石/体动变形特性检测①

岩石/体动弹性模量②

岩石/体动泊松比

4.动、静变形指标之间的关系①

动弹性模量均大于静弹性模量岩体动、静弹性模量的比值大约在1.1～3.0之间。②

泊松比的差别不大③动测值的离散性更小

考虑动测与静测方法所获得的各种参数之间的区别和联系，用动测参数替代静测参数会给工程带来可观的技术经济效益。5.

其他应用

利用弹性波的折射分析底层状况、开挖松动区。6.3.2岩土工程弹性波检测技术概述由于岩土材料取样后，会不可避免地被扰动，同时，所受应力状况也会发生变化。因此，除了少数有关抗震计算的参数以外，较少利用土质试件检测波速。试件的检测由于水具有较高的压缩刚性，弹性波中的纵波在水中的传播速度较快，可达1450m/s左右，比一般的土质材料的纵波波速要快，测试值明显偏高。横波几乎不受水的影响，从而更能反映材料的力学特性。水的影响6.3.2岩土工程弹性波检测技术■R波法测试（表面波法/面波法）土质检测中，S波检测是最为普遍的，但是，S波的测试常常比P波测试更为困难，为此，R（瑞利）波在土质材料的测试（也称为表面波法或者面波法）中得到了一定的应用。R波具有的特性是：①R波的能量主要集中在一个波长深度内，其传播特性也主要受该深度内介质特性的控制；②R波主要沿介质表面传播，由于其振幅最大、能量最大、频率最低，所以很容易识别也易于测量，且对检测仪器要求不高；③R波的波速比横波略低，主要受材料的剪切刚性控制；④在弹性成层介质中，R波波速VR与频率有关，即具有频散性。与频率之间的相互关系称为频散曲线。

表面波法是一种依据频散曲线反推地下构造的方法，其测试结果具有一定的多解性。6.3.2岩土工程弹性波检测技术由于土体部分具有较强的非线性和粘性，因此，动测法得到的动弹性模量要远远大于静测法得到的模量，而且其相差可达数十倍甚至上百倍。因此，一般不采用动测法来推算材料的静弹性模量。■动静模量间的关系6.3.2岩土工程弹性波检测技术■成果应用（以S波波速为基本参数）主要动测方法：S波、R波R波的检查结果，往往换算为S波波速。主要应用：1.地层剪切波速度的测定

可为土的动力特性和地震工程中的分析和设计提供参数。

2.工程勘察及地基土类型的划分利用剪切波波速沿地层深度的变化关系可对地基土进行勘察，从而减少钻探工作量。

3.复合地基加固效果检测根据原状土的剪切波速测试曲线计算、对应加固深度范围内的原状土和复合地基的平均波速。4.路基结构厚度检测检测原理：基于层状介质中瑞利波频散曲线的变化规律

相关性：结构层的物理参数、结构层厚度频散曲线的拐点：各层界面深度：Hj：第j层地界面深度（m）j：系数，可取0.35～0.5；λj：极值点处对应的波长（m）。6.3.3工程应用■某两条隧道间的P波波速检测检测采用人工外露面激振（平行测线）和孔内激振、接收（跨孔法，弹性波CT）。外露面人工激振跨孔激振表示岩体质量较差，仅为4100/s。应用实例S波检测实景S波检测例应用实例跨孔P波检测例跨孔现场检测接收点