《超声波探测》PPT课件

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1、第七章声、超声波探测声、超声波探测声、超声波探测是一项比较新的工程测试技术，但应用于岩体的探测还是上个世纪六十年代末才发展起来的。由于声、超声波探测技术与传统的原位测试方法相比，具有轻便简洁、快速经济、测量精度高、易于控制等优点，因此可以在很多探测领域里显示优势。尤其对岩土工程勘察设计施工更具有十分重要的意义，有广泛的市场前景。在地震学的地震波传播理论中，我们知道，弹性波是指当外力对弹性介质的某部分产生初始扰动（应力或者应变）时，由于介质具有弹性，使这种扰动从一个质点传到相邻的质点，就形成了弹性波。由此可知，弹性波被认为是一种扰动的传播。是介质质点间的弹性关系，把波动视为扰动现象是相互传递

2、的结果。通常我们把扰动通过介质传播的速度称之为弹性波的‘’播速度‘’，质点离开平衡位置，受扰动的速度为质点振动速度，波速度远远大于质点振动速度。我们常说的声波，就是在空气中传播的弹性波。当其频率f在16Hz至20KHz的范围里，人的耳朵能够感知，属于声波。频率低于16Hz的叫次声波。而高于20KHz的叫超声波。实用超声波的频率范围f在（几千万到几亿Hz)。工程勘察使用的地震波的频率f在10~10²量级，天然地震的主频范围大约为0.1~10Hz量级。若考虑声、超声波的速度相同，则超声波的波长λ远远小于声波的波长。声、超声波工程探测，是通过探测超、声波在岩体内的传播特征来研究岩体性质和完整性的

3、一种物探方法。和工程地震勘探相类似，它也是以弹性波的理论为基础的。两者的主要区别在于震源使用的弹性波频率范围不同，声、超声波探测所使用的信号频率范围大大高于地震波的频率，通常可达，因此有较高的分辨率。但另外一方面，由于声源激发的能量一般都较小，，且岩石对于声波的吸收作用也较强烈，导致声波传播的距离较短，一般只适应在小范围内对岩体等地质对象进行较细致的研究。因为这种方法具有简便快速对岩石没有任何破坏作用的优点，目前已经成为工程与环境监测中不可缺少的手段之一。岩体的声、超声波探测可以分成两种工作方法：第一是主动式，其二是被动式。什么是主动式测试方法？即测量的声波是由声波仪的发射系统或者使用锤击

4、等人工声源激发的。被动式是指测量的声波是由于岩体遭受到自然界或者其它作用力时，在变形或破坏过程中自身产生的。因此两种探测方法的应用范围也有所不同。目前在工程勘察和工程与环境监测中，声波探测主要应用于以下各个方面：1、根据声速等声学参数的变化规律进行工程岩体的地质分类。2、根据声速随应力状态的变化，圈定开挖造成围岩松弛带，为确定合理的衬砌厚度和緢杆长度提供依据。3、测定岩体和岩石试样的力学参数，E、μ、σ等4、利用声速和声幅在岩体内的变化规律进行工程岩体边坡和地下硐室围岩稳定性的评价。5、探测断层、溶洞的位置和规模，张开裂隙的延伸方向及长度。6、研究岩体风化壳的分布。7、工程灌浆后的质量检查

5、。8、天然地震及地压等自然灾害的研究预报。研究和解决上述问题，为工程项目及时而准确地提供设计工作所需的资料，对于缩短工期、降低造价、提高安全度都具有重要意义。§7.1声、超声波探测原理如前所述，声、超声波探测的原理和地震勘察基本一致，都是以研究弹性波在岩土介质中的传播规律、特征为基础的。声、超声波在不同类型的介质中传播具有不同的特性。当岩土介质的成分、结构、密度等因素发生变化时，声波的传播速度、能量衰减以及频谱都将发生相应的变化，当超声、声波在传播过程中遇到不同分界面时，也会发生波的反射、折射和绕射，也会产生转换波。和工程地震勘察一样，当岩石介质和结构物的构成材料、均匀度、施工条件等内外因

6、素基本一致时，声、超声波在其中的传播参数基本一致；而岩土介质和结构物中存在缺陷时，声、超声波在其中的传播过程就会发生绕射、折射、反射、能量的衰减等现象，使声时、声速、声幅、频率都产生变化。使用超声、声波仪器测量出声波在岩土介质中的传播速度、振幅衰减以及频谱等特征，就可以推断被测岩土层介质的结构和致密完整程度，并对其做出一定程度的评价。在测试过程中，人为控制仪器产生系列电脉冲信号，并把它加在发射换能器极板上，激发出一定频率的声、超声波。这种声、超声波以各种波形在岩土介质和结构内部传播，并被接受换能器接收，接受换能器将接收的超声波信号转换成电讯号返回给仪器，仪器显示出接收换能器所接受的穿过被测

7、介质的超声信号，利用各种物理领域介质性质之间的关系，来确定被测的介质和结构的力学性质，了解他们的内部缺陷的大小。一）声、超声波的基本性质：1、声、超声波在各类岩石介质中的传播速度不同：声、超声波探测一个最大特点是：声波在岩石中传播时，对岩石施加的作用力是非常小，作用时间也非常短，不影响和不破坏被测试岩石样本的性质。不同类型的岩石其弹性参数有差异，则速度方面的差异更为显著，下面给出一些岩石的特性参数表：几种典型岩石的弹性模