《声波探测技术和地质雷达检测》由会员分享，可在线阅读，更多相关《声波探测技术和地质雷达检测（112页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、声波探测技术和地质雷达检测水工结构2班顾浩钦 10302020352011年5月2弹性波： 振动在弹性介质中的传播，形成了弹性波 声波是弹性波的一种 声波的概念（2020000HZ ）波动是物质运动的一种形式，声波是波动中机械波的一种， 是介质中振动的质点，将振动的能量传递给给 周围的质点，引 起周围质点的振动，从而以波动的形式将声能向外传播。 声波探测的应用依据： 目前所用的声波测试方法，以测量声波在介质中传播的时 间和在介质中传播一定距离后脉冲（或振幅）的衰减值为依 据.1、概述声波探测技术： 声波探测技术是一种岩石（体）测试技术。用声 波仪测试 声源激发的弹性波在岩体(岩石)中的传 播情
2、况，借以研究岩体(岩石)的物理性质和构造 特征的方法，称为声波探测。 特点 声波探测技术属于无损检测 的方法，因此具有其 他破坏性实验没有的优点。1、概述声波探测技术和地震勘探一样，也是利用岩石弹性的物 探方法，而且都以弹性理论作为本方法的理论基础。区别： 声波探测所利用的是频率大大高于地震波的声波或超声 波，其频率一般为一千赫兹至几兆赫兹。与地震勘探相比，由于声波的频率高、波长短、受岩石 的吸收和散射比较严重，因此声波探测对岩体的了解较为细 致而探测范围较小，但具有简便、快速、经济、便于重复测 试、对测试的岩体(岩石)无破坏作用等优点。所以声波探测 已成为工程与环境检测中不可缺少的手段之一。
3、1、概述测试方法声波探测可分为主动测试和被动测试两种工作 方法。指所利用的声波由声波仪的发射系统或槌击、爆 炸方式产生。主动测试包括波速测定，振幅衰减测定 和频率测定，其中最常用的是波速测定。被动测试的声波则是岩体遭受自然界的或其它的作 用力时，在变形或破坏过程中由它本身发出的。1利用声波参数结合地质因素，对工程岩体进行分类、分级；2利用声波探测技术评价地下工程围岩的稳定性，包括围岩松 弛带范围的测定和围岩稳定性的定期观测；3利用声波探测技术，进行工程地质勘探钻孔及孔间地质剖面 分层，确定风化层厚度，为设计 开挖及处理提供依据；4岩石和岩体的物理力学性质的测定。如动弹性模量、泊松比 等；5岩体
4、中存在缺陷，如构造断裂、岩溶洞穴的位置、规模，张 开裂缝的延伸方向和长度的探测；6工程岩体施工及加固措施效果的检测，如爆破、喷锚支护、 注浆的质量检查。应用二、声波的反射、透射和折射11222、声波的传播规律P0P1P2S1S2斯奈尔定律：二、声波的反射、透射和折射入射角和折射角的关系P2P0临界角2、声波的传播规律l波阻抗：介质密度 与波速之积。l声波反射条件：界面上下介质的波阻抗 之差；波阻抗差越大， 反射越强；1122P0P1P2S1S2考虑垂直入射， =01则S1=S2=0反射系数：透射系数：波阻抗l问题：波阻抗差为零时，如何 ？2、声波的传播规律3、声波探测技术1 声波的利用：波速、
5、振幅、频率、波形等；目前利 用最多的是波速，特别是纵波波速。 2 弹性参数：3、声波探测技术影响岩体（石）波速的主要因素：(1)岩石越致密，岩体声速越高。波速公式中，波速与密度成反比，但密度增高，弹性模量将有大幅度的增高，因而波速也将越高。(2)结构面的存在，使得声速降低。并使声波在岩体中传播时存在各向异性。垂直结构面方向声速低，平行于结构面方向声速高。3、声波探测技术影响岩体（石）波速的主要因素：(4)岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低。(5) 应力的关系：压应力方向上声波速度高。(6)孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩体波速高。4、声波探测仪器设备和使用岩体声波探测是声
6、波发射、传播及接受显示的过程。声波仪是声波探测使用的仪器。声波仪有多种型号，主动 测试的仪器一般都由发射系统和接收系统两大部分组成。其中 发射系统包括发射机和发射换能器，接收系统包括接收机和接 收换能器。根据发射和接收换能器之间 的距离l，及声波在岩体中的旅行 时间t ，即可由下式计算被测岩 体的波速V4、声波探测仪器设备和使用中国中铁西南科学研究院有限公司是我国从事岩体声波 探测技术研究的发起单位之一，从1973年引进第一代声波仪 起，先后开发、研制了五代声波探测仪。4、声波探测仪器设备和使用换能器种类繁多，性能各异。声波探 测使用的是电声换能器，它是声波仪的重 要组成部分。4、声波探测仪器
7、设备和使用发射换能器：可以将发射机送来的 电能转换为弹性振动形式的机械能， 从而产生声波和超声波。接收换能器：将接受到的岩体中 的弹性波转换为电能，然后输送给 接收机。4、声波探测仪器设备和使用穿透法室内实验 （非同一平面）现场测试岩体表面透射直达波孔间岩体透射直达波4、声波探测仪器设备和使用反射法（同一岩面）绕射波剖面法测试地点的选择指定区域、代表性地段，减少工作量对测孔的要求测量和记录孔的位置和相关信息表面的处理耦合剂换能器和被测表面良好接触探测频率的选择：20KHz4、声波探测仪器设备和使用5、声波探测技术应用的应用地质、岩土、结构工程1 地质工程： 1）围岩松弛带的测试5、声波探测技术
8、应用的应用5、声波探测技术应用的应用1 地质工程： 2）评价完整性程度，估算岩体强度。Cm0.750.75Cm0.45Cm0.45完整性好完整性较好完整性差据完整性系数进行岩体质量分级n工程岩体分级标准 GB50218-94n公路隧道围岩分类规范(JTJ026090) 5、声波探测技术应用的应用1 地质工程： 3）岩体力学参数测定5、声波探测技术应用的应用1 地质工程： 4）声波测井声波测井就是利用岩石的声学性质来研究钻井的地质剖面， 判断固井质量的一种测井方法。5、声波探测技术应用的应用2 岩土工程： 1）岩土体力学参数确定5、声波探测技术应用的应用2 岩土工程： 2）桩基完整性检测反射法v
9、 R=(VP2-VP1)/VP1*100%v根据R 值及岩芯检验，来评价其灌浆 效果。2 岩土工程：3）注/灌浆效果评价：声波CT5、声波探测技术应用的应用TSP系列隧洞地震探测仪超前探测原理示意图 最大探测距离达500m， 有效探测距离150m， 最高分辨率1m。 2 岩土工程：4）隧洞内超前探测5、声波探测技术应用的应用经验 公式3 结构工程： 1）混凝土厚度检测5、声波探测技术应用的应用3 结构工程： 1）表面低速层厚度的检测n折射波5、声波探测技术应用的应用3 结构工程： 2）混凝土空洞检测经验 公式5、声波探测技术应用的应用直接检测 沿面检测3 结构工程： 3）混凝土裂缝检测5、声波
10、探测技术应用的应用3 结构工程： 3）混凝土裂缝检测5、声波探测技术应用的应用3 结构工程： 3）混凝土裂缝检测5、声波探测技术应用的应用3 结构工程： 3）混凝土裂缝检测贯穿裂隙的探测5、声波探测技术应用的应用373 结构工程： 4）深孔法混凝土裂缝检测5、声波探测技术应用的应用地质质雷达检测检测1.什么是雷达 RARAdio D Detection A And R Ranging （无线电探向和测距）利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波 对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电 磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方 位、高度等信息。雷达最初是用于军事目的， 探测空中目标体防
11、空雷达大型预警机雷达地质雷达（Ground Penetrating Radar简称GPR）又 称探地雷达，透地雷达，是用频率介于106-109Hz的 无线电波来确定地下介质分布的一种电磁波法探测 技术方法。 地质质雷达是一种高科技的地球物理探测仪测仪 器，目前已经经广泛的应应用于高速公路，机场场的路面质质量检测检测 ；隧道，桥桥梁，水库库大坝检测坝检测 ；地下管线线，地下建筑的检测检测 等诸诸多的工程领领域。 2.什么是地质雷达3.地质雷达的应用领域地质雷达自上世纪70年代开始应用至今将近30 年了，其应用领域逐渐扩大，在考古、建筑、铁 路、公路、水利、电力、采矿、航空各领域都有 重要的应用，
12、解决场地勘查、线路选择、工程质 量检测、病害诊断、超前预报、地质构造研究等 问题。在工程地球物理领域有多种探测方法，包括反 射地震、地震CT、高密度电法、地震面波和地质 雷达等，其中地质雷达的分辨率最高，而且图象 直观，使用方便，所以很受工程界信赖和欢迎。地质质雷达具有以下技术特性，使其在上述许多领 域尤其是工程地质领域的得到广泛应用。 1.它是一种非破坏性探测测技术术，可以安全地用于城市和 正在建设设中的工程现场现场 ，工作场场地条件宽宽松，适应应性 强； 2.抗电电磁干扰扰能力强，可在城市内各种噪声环环境下工 作，环环境干扰扰影响小； 3.具有工程上较满较满 意的探测测深度和分辨率，现场现
13、场 直接 提供实时实时 剖面记录图记录图 ，图图像清晰直观观； 4.便携微机控制数据采集、记录记录 、存储储和处处理； 5.由于使用了高频频率，电电磁波能量在地下的衰减较较强 烈，若在高导导厚覆盖条件下，探测测范围围将受到限制。3.地质雷达的应用领域地质雷达虽然与探空雷达一样利用高频电磁波束的反射 来探侧目标体，但是探地雷达探测的是在地下有耗介质中的 目的体，因此形成了其独特的发射波形与天线设计特点。据已发表的资料探地雷达使用的发射波形有调幅脉冲波 、调频脉冲波、连续波等；使用的天线有对称振子天线、非对 称振子天线、螺旋天线、喇叭天线等。3.地质雷达的应用领域地质雷达的实际应用范围很广，如：
14、石灰岩地区采石场的探测; 冰川和冰山的厚度等探测; 工程地质探测; 煤矿井探测，泥炭调查 ; 放身性废弃物处理调查 ; 水文地质调查 ; 地基和道路下空洞及裂缝等建筑质量探测; 地下埋设物，古墓遗迹等探查; 隧道、堤岸、水坝等探测。 4.方法原理地质质雷达由发发射部分和接收部分组组成。发发射部分由产产生高频频脉冲波的发发射机和向外辐辐射电电磁波的天线线(Tx)组组成。通过发过发 射天线电线电磁波以6090的波束角向地下发发射电电磁波，电电磁波在传传播途中遇到电电性分界面产产生反射。反射波被设设置在某一固定位置的接收天线线（Rx）接收，与此同时时接收天线还线还 接收到沿岩层层表层传层传 播的直达
15、波，反射波和直达波同时时被接收机记录记录 或在终终端将两种显显示出来。 4.方法原理 超高频电磁波（10MHz5000MHz） 由于地下介质往往具有不同的物理特性，如介质的介电性、导电性及导磁性差异，因而对电磁波具有不同的波阻抗，进入地下的电磁波在穿过地下各地层或管线等目标体时，由于界面两侧的波阻抗不同，电磁波在介质的界面上会发生反射和折射，反射回地面的电磁波脉冲其传播路径、电磁波场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化，因此，从接收到的雷达反射回波走时、幅度及波形资料，可以推断地下介质或管线的埋深与类型。图1 地质雷达探测原理示意图 4.方法原理地质雷达利用高频电磁波以宽频带短脉冲
16、形式，由地面通过 天线T送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一 天线R所接收(图1)。脉冲波行程需时：为相位系数，为导电率（1/），为介电系数，为磁导率4.方法原理4.方法原理4.方法原理3. 电磁波的反射系数电磁波在传播过程中，遇到不同的阻抗界面 时将产生反射波和透射波，其反射与透射遵循反 射与透射定律。反射波能量大小取决于反射系数 R，反射系数的数学表达式：4.方法原理地下介质相对介电常数 r导电率(mS/m)雷达波速（m/ns）衰减系数（dB/m)空气100.30淡水800.50.0330.1海水80300000.011000干砂3-50.010.150.01饱和砂20-300.1-100.060.03-0.3石灰岩4-80.5-20.120.4-1泥岩5-151-1000.091-100粉砂5-301-1000.071-100粘土5-402-10000.0
