物探论文-修改好的论文胡1f

单孔声波法在岩体松动圈测试中的应用

胡文义

(二滩建设咨询有限公司，四川 成都)

摘要：了解洞室周边介质应力状态、探测洞壁岩体的松驰厚度、测试松驰岩体及未松驰岩体的力学参数

关键词：围岩松弛圈、岩体完整性。 1.前言

随着数据处理技术的发展，水利水电工程物探技术也随之提高和拓宽，许多新技术、新方法在生产实践中显示出强大的生命力而不断的发展完善，应用范围也不断拓宽；如地质雷达技术、声波勘探技术、电阻率层析成像和地震(声波)CT技术等都在工程实践中取得了良好地应用效果，发挥着愈来愈重要的作用；同时，常规物探方法的应用范围和数据处理技术也不断进展，所取得的成功实例枚不胜举。

地下洞室开挖后，破坏了岩体原有的平衡条件,岩体内的应力重新分布。一般情况，在洞壁周边的岩体将出现应力释放的松弛圈，这取决于岩体所处的地质构造情况，岩体的物理力学特征等，以及地下洞室在岩体中的部位、形状、洞径大小和施工方法。 2．单孔声波的测试方法

对本工程岩体松动圈的测试，我们采用的是钻孔法单孔测试，该方法是建立在固体介质中弹性波传播理论基础上，以人工激振的方法向介质发射声波，在一定的空间距离上接收被测介质物理特性所调制的传播速度、振幅、频率等声波参数，通过数据处理与分析，解决岩土工程中的有关问题。声波检测是一种轻便、灵活、快捷、高效的检测方法。

单孔声波检测用于了解沿孔深方向岩体的质量，在检测时是将收、发换能器置于同一钻孔中，发射换能器F一般采用圆形压电陶瓷发射声波脉冲，散射半角?1，其大小与发射换能器中压电陶瓷圆管的高度h有关。选择适当高度h的圆管，按斯奈尔定律，第一临界角i=arcsinVR/Vo，其中VR为岩体波速，Vo为水的波速。

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当?1＞i时，将一束声波通过井液，以临界角i射入岩体中，在孔壁产生滑行纵波。根据惠更斯原理，沿孔壁滑行波每点都成为新的波源，又以临界角i的声波束折射到钻孔中，并被换能器S1和S2接收。

声波仪电缆 单孔声波检测观测系统示意图

(F—发射换能器 S1、S2—接收换能器)

换能器F与S1、S2 之间的距离应设计成使沿孔壁传播的波比经水中的直达波先到达S1和S2，同时F与S1、S2 换能器之间的连接物应采用隔声橡胶或做成网格状，以阻断或延迟经连接物传播的直达波，当分别测得声波从F发射，到达S1、S2 的时间为t1、t2时，BC段声波速度Vp可按如下公式计算；记录点位置在两个接收换能器之间，当保持检测点间距等于两个接收换能器间距时，即可取得连续的声波速度曲线。进而得到钻孔周边岩体的深度—超声波纵波速度的剖面曲线，由此可判断岩体松动圈的范围。

Vp??L t1?t2

式中：Vp—岩体声波速度； △L--S1、S2 两个接收换能器间的距离；t1、t2—为发射换能器分别到达S1、S2 接收换能器的时间。 3.用单孔声波法对官地电站地下厂房围岩测试

官地电站地下厂房EL1199.30～EL1203.70高程上、下游侧10个钻孔进行声波测试，本次10个测试孔的声波累计测试长度195.20m，各钻孔测试情况见表

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1-1，孔号测试曲线图见：CF1199-2S、CF1199-3S 、CF1199-4S、 CF1199-5S、 CF1199-6S 、CF1199-2X、CF1199-3X 、CF1199-4X、 CF1199-5X、 CF1199-6X。

官地厂房1199.30m、1203.70m高程声波测试情况 表 1-1

孔号 CF1199-2S CF1199-3S CF1199-4S CF1199-5S CF1203-6S 桩号 高程(m) 孔深(m) 20 20 15.2 20 20 20 20 20 20 20 上仰或下斜0角度() 下斜5下斜5 声波测试长度(m) 20 20 15.2 20 20 20 20 20 20 20 测试方法 全孔注水 全孔注水 全孔注水 全孔注水 全孔注水 全孔注水 全孔注水 全孔注水 全孔注水 全孔注水 厂横0+097.70上游侧 1199.30 厂横0+064.70上游侧 1199.30 厂横0+026.70上游侧 1199.30 厂横0-010.30上游侧 1199.30 厂横0-038.80上游侧 1203.70 下斜5 下斜5 下斜5 下斜5 下斜5 下斜5 下斜5 下斜5 CF1199-2X 厂横0+097.70下游侧 1199.30 CF1199-3X CF1199-4X CF1199-5X CF1203-6X 厂横0+064.70下游侧 1199.30 厂横0+026.70下游侧 1199.30 厂横0-010.30下游侧 1199.30 厂横0-038.80下游侧 1203.70 官地水电站地下厂房上游侧声波测试曲线

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官地水电站地下厂房下游侧声波测试曲线

4．测试成果分析

4.1 声波检测成果

根据10个声波测试孔的曲线成果和声波测试数据，并结合地质资料，取右岸地下厂房新鲜玄武岩声波速度为6600m/s，资料的处理、分析、解释遵照《水电水利工程物探规范》DL/T5010-2005进行，声波测试成果表见2-2。

官地厂房EL1199.30m～EL1203.70m高程检测孔声波测试成果表

表 2-2

孔号 CF1199-2S CF1199-3S CF1199-4S CF1199-5S CF1203-6S 桩号 厂横0+097.70上游侧 厂横0+064.70上游侧 厂横0+026.70上游侧 厂横0-010.30上游侧 厂横0-038.80上游侧 高程(m) 1199.30 1199.30 1199.30 1199.30 1203.70 1199.30 1199.30 1199.30 1199.30 1203.70 低波速深 度(m) 低波速带声波平稳定段围岩声波均值(m/s) 平均值(m/s) 2.3 0.9 1.7 1.1 1.5 ≤0.6 0.9 1.1 2.3 1.9 2907 3027 2853 3606 2756 \\ 3694 3339 3442 2686 5960 5121 5827 5285 5313 5635 5801 5972 5972 5302 CF1199-2X 厂横0+097.70下游侧 CF1199-3X CF1199-4X CF1199-5X CF1203-6X 厂横0+064.70下游侧 厂横0+026.70下游侧 厂横0-010.30下游侧 厂横0-038.80下游侧 - 4 -

4.2声波测试数据分析

（1）CF1199-2S孔测试段为0～19.8m，该孔声波测试曲线起伏不大，波速稳定，全孔平均波速5677m/s，岩体较完整。其中0～2.3m段岩体波速偏低，平均波速2907m/s，岩体较破碎；2.3～8.3m段声波测试曲线起伏不大，平均波速5415m/s，岩体较完整，其中在4 m 、6 m 、8 m波速偏低，波速约为3500～4200m/s之间，为裂隙发育所致； 8.3～19.8m段声波测试曲线起伏不大，波速稳定，平均波速6242m/s，岩体完整。

( 2 ) CF1199-3S孔测试段为0～20m，该孔声波测试曲线起伏较大，全孔平均波速5058m/s，岩体较完整。其中0～0.9m段岩体波速偏低，平均波速3027m/s，岩体较破碎；0.9～18m段声波测试曲线起伏大，波速不稳定，平均波速5100m/s，岩体较完整；18.0～20.0m段声波测试曲线起伏不大，波速稳定，平均波速5304m/s，岩体完整。

( 3 ) CF1199-4S孔测试段为0～20m，该孔声波测试曲线起伏不大，波速值稳定，全孔平均波速5586m/s，岩体较完整。其中0～1.7m段岩体波速偏低，平均波速2853m/s，岩体较破碎；1.7～15.2m段声波测试曲线起不大，波速不稳定，其中6.4m附近波速偏低，可能为裂隙发育所致，平均波速5827m/s，岩体完整。 ( 4 ) CF1199-5S孔测试段为0～20m，该孔声波测试曲线起伏较大，全孔平均波速5217m/s，岩体较完整。0～1.1m段岩体波速偏低，平均波速3606m/s，岩体较破碎；1.1～4.0m段波速值稳定，平均波速5827m/s，岩体完整；4.0～7.1m段声波测试曲线起伏较大，平均波速4412m/s，岩体完整性差；7.1～10.5m段波速值稳定，平均波速5996m/s，岩体完整；10.5～17.1m段声波测试曲线起伏较大，平均波速4796m/s，岩体较完整；17.1～20.0m段波速值稳定，平均波速5954m/s，岩体完整。

( 5 ) CF1203-6S孔测试段为0～19.2m，该孔声波测试曲线起伏较大，全孔平均波速5176m/s，岩体较完整。0～1.5m段岩体波速偏低，平均波速2756m/s，岩体较破碎；1.5～12.3m段声波测试曲线起伏较大，平均波速5489m/s，该段岩体较完整，其中2.4～3.5m段波速较低，平均波速3000m/s可能为破碎带发育所致；12.3～19.2m段声波测试曲线起伏较大，平均波速5034m/s，岩体较完整。 ( 6 ) CF1199-2X孔测试段为0～20.0m，测试过程中全孔注水。该孔声波测试曲

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线起伏不大，波速值较稳定，全孔平均波速5635m/s，岩体较完整。

（7）CF1199-3X孔测试段为0～20.2m，该孔波速值较稳定，全孔平均波速5738m/s，岩体完整。0～0.9m段岩体波速偏低，平均波速3694m/s，岩体较破碎；0.9～20.2m段波速值稳定，平均波速5801m/s，岩体完整。

（8）CF1199-4X孔测试段为0～20.0m，该孔声波测试曲线起伏不大，波速值较稳定，全孔平均波速5891m/s，岩体完整。该孔在0～1.1m段岩体波速值偏低，平均波速3339m/s，岩体较破碎；1.1～20m段声波测试曲线起伏不大，平均波速5972m/s，岩体完整，其中18m附近波速偏低，平均波速约为4000m/s，可能为裂隙发育所致。

( 9 ) CF1199-5X孔测试段为0～20.0m，该孔声波测试曲线起伏不大，全孔平均波速5716m/s，岩体较完整。该孔在0～2.3m段岩体波速值偏低，平均波速3442m/s，岩体较破碎；2.3～20m段声波测试曲线起伏不大，平均波速5972m/s，岩体完整，其中17.2～18.4m附近波速偏低，平均波速约为4200m/s，可能为裂隙发育所致。

( 10 ) CF1203-6X孔测试段为0～20.6m，该孔声波测试曲线起伏较大，全孔平均波速5120m/s，岩体较完整。其中0～1.9m段岩体波速偏低，平均波速2686m/s，岩体较破碎；1.9～7.7m段声波测试曲线起伏较大，波速值不稳定，平均波速4665m/s，岩体完整性差；7.7～20.6m段声波测试曲线起伏不大，平均波速5592m/s，岩体较完整，其中13m附近波速偏低，平均波速约为2800m/s，可能为裂隙发育所致。 5．结语

(1)地下工程岩体中可采用声波测试的项目很多，主要有：①地下工程位置的地质剖面检测（声波井），用以划分岩层，了解岩层破碎情况和风化程度等；②岩体力学参数测定，如弹性模量、抗压强度等；③围岩稳定状态的分析，如测定围岩松动圈大小等；④判定围岩的分类等级，如测定岩体波速和完整性系数等。后两者是围岩声测中的两个重要项目。

(2)官地电站地下厂房EL1199.30m～EL1203.70m高程岩体声波波速一般5000～6000m/s。低波速带影响范围从0.0～2.3m范围，根据洞室开挖后所获得的测试信息，进行综合分析，修正支护参数和检验施工与设计。

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(3)试验成果表明，用超声波对岩体松动圈的测试是切实可行。这种方法中超声波在岩体中传播的能量较小，因此对信号的采集及如何确认有效信号是很重要的。另外，岩体松动圈的松动程度不易掌握，因此，采用不同的观测点距对岩体进行多次检测，将检测结果综合分析,确定岩体松动圈范围。 参考文献:

水电水利工程物探规程 DL/T5010-2005 水电水利工程爆破施工技术规范 DL/T5135-2001

作者简介：胡文义(1972-)，女，四川攀枝花人，四川二滩建设咨询有限公司工程师，从事水利水电试验检测管理工作。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uzb6.html