2023/9/21土木工程GaoSuGongLu第四章聲波測試技術(shù)SACE2023/9/22土木工程§4-0概述彈性波：振動在彈性介質(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（20－20000HZ

）聲波是介質(zhì)中振動的質(zhì)點，將振動的能量傳遞給給周圍的質(zhì)點，引起周圍質(zhì)點的振動，從而以波動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).2023/9/23土木工程聲波測試技術(shù)：

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)。特點屬于無損檢測的方法。§4-0概述2023/9/24土木工程應(yīng)用：

1．利用聲波參數(shù)，對工程巖體進行分類、分級；

2．評價地下工程圍巖的穩(wěn)定性；

3．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；

4．巖石和巖體的物理力學(xué)性質(zhì)的測定；

5．巖體中存在缺陷的探測；

6．工程巖體施工及加固措施效果的檢測?！?-0概述2023/9/25土木工程波動方程：拉密運動方程§4-1聲波的傳播規(guī)律2023/9/26土木工程拉密運動方程的推導(dǎo)X方向的平衡方程：X方向上利用牛頓第二定律§4-1聲波的傳播規(guī)律2023/9/27土木工程拉密運動方程的推導(dǎo)三個方向的運動方程：彈性介質(zhì)本身的特性§4-1聲波的傳播規(guī)律2023/9/28土木工程拉密運動方程的推導(dǎo)三個方向的運動方程：代入整理可得§4-1聲波的傳播規(guī)律2023/9/29土木工程1）縱波傳播速度推導(dǎo)定義：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致。縱波波速§4-1聲波的傳播規(guī)律2023/9/210土木工程2）橫波傳播速度推導(dǎo)定義：沿質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直?！?-1聲波的傳播規(guī)律橫波波速2023/9/211土木工程3表面波定義：沿介質(zhì)表面和交界面?zhèn)鞑?，振幅隨深度增加而迅速衰減的波（也稱瑞利波，R波）。注意面波與縱波和橫波傳播介質(zhì)區(qū)別：R波在層狀介質(zhì)中傳播。而縱波和橫波是在均勻介質(zhì)中傳播。

R波波速估算：§4-1聲波的傳播規(guī)律2023/9/212土木工程三種波波速的關(guān)系§4-1聲波的傳播規(guī)律2023/9/213土木工程4波速度比較縱波和橫波注意：①利用各種波的速度差異，可以幫助在記錄中識別各種波。②實際應(yīng)用時，由于S波發(fā)生和接受均較困難，故一般多利用P波進行測試（但不是絕對的）。對多數(shù)巖石，泊松比約為0.25,縱波速度大于橫波速度，故縱波又稱P波（Primary，初至波）；橫波又稱S波（Secondary，次至波）?！?-1聲波的傳播規(guī)律2023/9/214土木工程§4-2聲波探測技術(shù)1聲波的利用：波速、振幅、頻率、波形等；目前利用最多的是波速，特別是縱波波速。2彈性參數(shù)：2023/9/215土木工程2影響巖體（石）波速的主要因素：(1)巖石越致密，巖體聲速越高。

(2)結(jié)構(gòu)面的存在，使得聲速降低。使聲波在巖體中傳播時存在各向異性。(4)巖體風(fēng)化程度大，破碎，裂隙發(fā)育，則聲速低。(5)應(yīng)力的關(guān)系：壓應(yīng)力方向上聲波速度高。(6)孔隙率n大，則波速低；密度高、單軸抗壓強度大的巖體波速高?！?-2聲波探測技術(shù)2023/9/216土木工程3

聲波探測儀器設(shè)備和使用巖體聲波探測是聲波發(fā)射、傳播及接受顯示的過程,聲波探測儀由發(fā)射換能器、接收換能器和聲波儀組成?！?-2聲波探測技術(shù)2023/9/217土木工程3聲波探測儀器設(shè)備和使用（1）換能器的布置方法：穿透法室內(nèi)實驗現(xiàn)場測試:雙孔孔間穿透法§4-2聲波探測技術(shù)2023/9/218土木工程反射法T R界面1界面2界面3深度時間目的物反射法§4-2聲波探測技術(shù)2023/9/219土木工程剖面法：§4-2聲波探測技術(shù)2023/9/220土木工程5聲波測試的應(yīng)用:地質(zhì)工程巖土工程結(jié)構(gòu)工程

1地質(zhì)工程：1）圍巖松弛帶的測試§4-2聲波探測技術(shù)巖體完整,節(jié)理裂隙,可認為未有松馳帶。波速與孔深的關(guān)系洞壁出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,巖體保持完整。松弛帶應(yīng)力上升原始應(yīng)力帶應(yīng)力集中現(xiàn)象不明顯,近洞壁巖體完整性降低,存在松馳帶2023/9/221土木工程1地質(zhì)工程：2）評價完整性程度，估算巖體強度?！?-2聲波探測技術(shù)Cm>0.750.75>Cm>0.45Cm<0.45完整性好完整性較好完整性差據(jù)完整性系數(shù)進行巖體質(zhì)量分級工程巖體分級標準GB50218-94公路隧道圍巖分類規(guī)范(JTJ026—090)2023/9/222土木工程1地質(zhì)工程：2）評價完整性程度，估算巖體強度?！?-2聲波探測技術(shù)試塊強度———聲波測試———巖體強度2023/9/223土木工程1地質(zhì)工程：3）聲波測井§4-2聲波探測技術(shù)2023/9/224土木工程2巖土工程：1）巖土體力學(xué)參數(shù)確定§4-2聲波探測技術(shù)2023/9/225土木工程2巖土工程：1）巖土體力學(xué)參數(shù)確定§4-2聲波探測技術(shù)2023/9/226土木工程2巖土工程：2）樁基完整性檢測§4-2聲波探測技術(shù)反射法2023/9/227土木工程TSP系列隧洞地震探測儀超前探測原理示意圖最大探測距離達500m，有效探測距離150m，最高分辨率1m。2巖土工程：3）隧洞內(nèi)超前探測§4-2聲波探測技術(shù)2023/9/228土木工程經(jīng)驗公式3結(jié)構(gòu)工程：1）混凝土厚度檢測§4-2聲波探測技術(shù)2023/9/229土木工程§4-2聲波探測技術(shù)3結(jié)構(gòu)工程：2）混凝土空洞檢測經(jīng)驗公式2023/9/230土木工程直接檢測沿面檢測§4-2聲波探測技術(shù)3結(jié)構(gòu)工程3）混凝土裂縫檢測2023/9/231土木工程§4-2聲波探測技術(shù)3結(jié)構(gòu)工程：3）混凝土裂縫檢測2023/9/232土木工程§4-2聲