土木工程測試學(xué)聲波測試技術(shù)與聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)

§4-0概述問題：定量測定施工前后巖體結(jié)構(gòu)的完整性和物理力學(xué)性質(zhì)。概念：巖體聲波探測技術(shù)是以人工的方法，向介質(zhì)(巖石和巖體)輻射聲波，觀察聲波在介質(zhì)中傳播的情況和特性。由于介質(zhì)的物理性質(zhì)不同，其傳播速度等參數(shù)也不相同。應(yīng)用這個(gè)基本原理，作為分析或測定巖體的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)的依據(jù)。特點(diǎn)屬于無損檢測的方法，因此具有其他破壞性實(shí)驗(yàn)沒有的優(yōu)點(diǎn)1§4-0概述應(yīng)用：1．利用聲波參數(shù)結(jié)合地質(zhì)因素，對(duì)工程巖體進(jìn)行分類、分級(jí)；2．利用聲波探測技術(shù)評(píng)價(jià)地下工程圍巖的穩(wěn)定性，包括圍巖松弛帶范圍的測定和圍巖穩(wěn)定性的定期觀測；3．利用聲波四并技術(shù)，進(jìn)行工程地質(zhì)勘探鉆孔及孔間地質(zhì)剖面分層，確定風(fēng)化層厚度，為設(shè)計(jì)開挖及處理提供依據(jù)；4．巖石和巖體的物理力學(xué)性質(zhì)的測定。如動(dòng)彈性模量、泊松比等；5．巖體中存在缺陷，如構(gòu)造斷裂、巖涪洞穴的位置、規(guī)模，張開裂縫的延伸方向和長度的探測；6．工程巖體施工及加固措施放果的檢測，如爆破、咬錨支護(hù)、注漿的質(zhì)量檢查。2§4-0概述彈性波：振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播，形成了彈性波聲波是彈性波的一種聲波的概念波動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式，振動(dòng)是產(chǎn)生波動(dòng)的根源聲波是波動(dòng)中機(jī)械波的一種，是介質(zhì)中振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，將振動(dòng)的能量傳遞給給周圍的質(zhì)點(diǎn)，引起周圍質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，從而以波動(dòng)的形式將聲能向外傳播。聲波測試的應(yīng)用依據(jù)：目前所用的聲波測試方法，以測量聲波在介質(zhì)中傳播的時(shí)間和在介質(zhì)中傳播一定距離后脈沖（或振幅）的衰減值為依據(jù)3§4-1聲波的傳播規(guī)律一波動(dòng)方程：拉密運(yùn)動(dòng)方程4§4-1聲波的傳播規(guī)律拉密運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)X方向的平衡方程：X方向上利用牛頓第二定律5§4-1聲波的傳播規(guī)律拉密運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)方程：彈性介質(zhì)本身的特性6§4-1聲波的傳播規(guī)律拉密運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)方程：代入整理可得7§4-1聲波的傳播規(guī)律1縱波定義：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致。則：8§4-1聲波的傳播規(guī)律1縱波定義：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致。則：9§4-1聲波的傳播規(guī)律2橫波定義：沿質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直。則：10§4-1聲聲波的傳播規(guī)規(guī)律2橫波波定義：沿質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)振動(dòng)方向與與波的傳播方方向垂直。則：11§4-1聲聲波的傳播規(guī)規(guī)律3表面波波定義：沿介質(zhì)質(zhì)表面和交界界面?zhèn)鞑?，振振幅隨深度增增加而迅速衰衰減的波（也也稱瑞利波，，R波）。注意面波與縱縱波和橫波傳傳播介質(zhì)區(qū)別別：R波在在層狀介質(zhì)中中傳播。而縱縱波和橫波是是在均勻介質(zhì)質(zhì)中傳播。R波波速估算算：三種波波速的的關(guān)系12§4-1聲聲波的傳播規(guī)規(guī)律4波速度比較縱波和橫波對(duì)多數(shù)巖石，，泊松比約為為0.25,則：縱波速速度大于橫波波速度，故縱縱波又稱P波波（Primary，初初至波）；橫橫波又稱S波波（Secondary，次至波））。注意：①利用用各種波的速速度差異，可可以幫助在記錄中識(shí)別別各種波。②實(shí)際應(yīng)用時(shí)時(shí)，由于S波波發(fā)生和接受受均較困難，，故一般多利利用P波進(jìn)行行測試（但不不是絕對(duì)的））。13§4-1聲聲波的傳播規(guī)規(guī)律二、聲波的反反射、透射和和折射光的反射、透透射和折射（（全反射）聲波的反射、、透射和折射射（全反射））14§4-1聲聲波的傳播規(guī)規(guī)律二、聲波的反反射、透射和和折射入射角和折射射角的關(guān)系臨界角15§4-1聲聲波的傳播規(guī)規(guī)律二、聲波的反反射、透射和和折射概念：波阻抗：介質(zhì)質(zhì)密度與波速速之積。聲波反射條件件：界面上下介質(zhì)質(zhì)的波阻抗差差；波阻抗差差越大，反射射越強(qiáng)；問題：波阻抗差為零零時(shí)，如何？？16§4-2聲波波探測技術(shù)1聲波的利利用：描述聲聲波：波速、、振幅、頻率率、波形等；；目前利用最多多的是波速，，特別是縱波波波速。2影響巖體體（石）波速速的主要因素素：(1)彈性參參數(shù)17§4-2聲波波探測技術(shù)2影響巖體體（石）波速速的主要因素素：(2)巖石越越致密，巖體體聲速越高。。波速公式中中，波速與密密度成反比，，但密度增高高，彈性模量量將有大幅度度的增高，因因而波速也將將越高。(3)結(jié)構(gòu)面面的存在，使使得聲速降低低，井使聲波波在巖體中傳傳播時(shí)存在各各向異性。垂垂直結(jié)構(gòu)面方方向聲速低，，平行于結(jié)構(gòu)構(gòu)面方向聲速速高。(4)巖體風(fēng)風(fēng)化程度大則則聲速低。(5)與應(yīng)力力的關(guān)系：壓壓應(yīng)力方向上上聲波速度高高。(6)孔隙率率n大，則波波速低；密度度高、單軸抗抗壓強(qiáng)度大的的巖體波速高高。(7)含水率率：對(duì)縱波，，含水率影響響波速大。特特別是含水率率大于70%，因?yàn)槭膸r體（石石）孔隙中充充滿空氣，降降低了彈性摸摸量，使波速速減小。18§4-2聲波波探測技術(shù)3聲波探測測儀器設(shè)備和和使用巖體聲波探測測是聲波發(fā)射射、傳播及接接受顯示的過過程儀器有發(fā)射換換能器、接受受換能器和聲聲波儀19§4-2聲波波探測技術(shù)4測試技術(shù)術(shù)（1）換能器器的布置方法法：穿透法室內(nèi)實(shí)驗(yàn)（非非同一平面））現(xiàn)場測試巖體表面透射射直達(dá)波孔間巖體透射射直達(dá)波20§4-2聲波波探測技術(shù)4測試技術(shù)術(shù)（1）換能器器的布置方法法：反射法（同一一巖面）繞射波剖面法21§4-2聲波波探測技術(shù)4測試技術(shù)術(shù)（2）測試方方法的確定：：測試地點(diǎn)的選選擇指定區(qū)域、代代表性地段，，減少工作量量對(duì)測孔的要求求測量和記錄孔孔的位置和相相關(guān)信息表面的處理耦合劑換能器和被測測表面良好接接觸探測頻率的選選擇：20KHz22§4-2聲波波探測技術(shù)5聲波測試試的應(yīng)用（1）在巖體體中的應(yīng)用①圍巖松弛帶帶的測試波速與孔深的的關(guān)系23§4-2聲波波探測技術(shù)5聲波測試試的應(yīng)用（1）在巖體體中的應(yīng)用②評(píng)價(jià)巖體強(qiáng)強(qiáng)度和完整性性程度完整性系數(shù)24§4-2聲波波探測技術(shù)5聲波測試試的應(yīng)用（1）在巖體體中的應(yīng)用③巖體力學(xué)參參數(shù)測定通過室內(nèi)試塊塊強(qiáng)度推斷巖巖體的強(qiáng)度④測定裂隙的的深度25§4-2聲波波探測技術(shù)5聲波測試試的應(yīng)用（1）在巖體體中的應(yīng)用⑤聲波測井26§4-2聲波波探測技術(shù)5聲波測試試的應(yīng)用（2）在混凝凝土結(jié)構(gòu)中的的應(yīng)用①厚度檢測經(jīng)驗(yàn)公式27§4-2聲波波探測技術(shù)5聲波測試試的應(yīng)用（2）在混凝凝土結(jié)構(gòu)中的的應(yīng)用②混凝土空洞洞的檢測28§4-2聲波波探測技術(shù)5聲波測試試的應(yīng)用（2）在混凝凝土結(jié)構(gòu)中的的應(yīng)用③混凝土裂縫縫的檢測直接檢測沿面檢測29§4-2聲波波探測技術(shù)