彈性波勘探測試

彈性波勘探測試是指利用彈性波在岩體傳播中質點振動的特徵，研究岩體特性的一種測試方法，又稱彈性波測試。彈性波測試技術的套用範圍較廣，在水利工程地質勘察中採用的方法有:聲波測試、地震波測試及地微震測試等。

基本介紹

• 中文名：彈性波勘探測試
• 外文名：elastic wave test
• 學科：水利工程
• 領域：工程技術

簡介

利用彈性波在岩體傳播中質點振動的特徵，研究岩體特性的一種測試方法，又稱彈性波測試。彈性波測試技術的套用範圍較廣，在水利工程地質勘察中採用的方法有:聲波測試、地震波測試及地微震測試等。

聲波測試,利用頻率較高(如6.3 ~500 kHz)的聲被和超聲被儀，對岩體進行測試的方法。主要工作內容是縱、橫波波速的測定，對聲被振幅與頻率的測試與套用也已逐步開展。由於聲波測試具有分辨力強和計時精度高的特點，已廣泛用於室內岩樣和現場小測段(從幾厘米到十幾米)範圍內岩(土)體物理力學(如縱波和橫波速度等)的測定，並可計算得出動彈性模量、動剪下模量及泊松比等;也廣泛用於岩體工程地質分類、洞室圍岩應力鬆弛範圍的確定，混凝士構件的探傷、體積混凝土的質量評價，壩基質量檢測、固結灌漿與防滲灌漿效果的檢測，岩體或礦柱穩定性的評價及地基建基面的確定等。

地震波測試,在地表、平硐、豎井及鑽孔中，利用地震被縱、橫波，透射波(CT技術)和面波，探測岩土物理力學性質的技術方法。如在地表或平硐中，對大測段範圍(從幾米到幾十米)的岩(土)體，從巨觀上了解其特性，進行縱波、橫波和面彼的測試;在鑽孔中為了解各種岩層垂直和水平方向的;岩體物理力學參數和岩體的完整性，進行單孔的縱波、橫波測井和鑽孔之間的跨孔法測試(包括地展波層析成像)。?>工程中套用於岩體質最評價、邊坡岩體穩定性分析及岩體內部構造探測等。

地微震測試,利用高靈敏度的儀器監測岩(E)體微小位稱的一種技術方法。為了預測地下T程可能發生冒頂或岩體坍塌等事故，保證施工安全，早在20世紀30年代末40年代初，一些國家就開始研究套用地微震測試技術。在工程勘察中,多用於監測邊坡(滑坡)的穩定、地下硐室困岩穩定，預測岩爆的發生及測定建築物基礎的卓越周期等。

勘探原理

地震勘探，是用人工方法激發地震被(地殼的彈性振動)，並且研究它們在地殼內傳播的情祝，來達到探查地殼地質結構的目的。地震波由震源激發後向各方傳播在存在密度差異的不同岩性地層的分界面上可能發生反射和折射,然後返回地面，引起地面的振動。我們將專門的儀器設備(地震儀、檢波器等)安置在地面上記錄地震的振動(地震記錄),通過分析解釋地震記錄的特點(傳播時間、振動的振幅、相位及頻率等),就能確定地層的埋藏深度、岩石的組成成分和物理力學性質。地震勘探依據的是彈性被傳播原理。彈性波理論分析表明.R波具有如下特點:在地震波形記錄中振幅和被組周期最大頻率最小能量最強;在不均勻介質中R波相速度(VR)具有頻散特性此點是彈性波頻率勘探的理論基礎;由p波初直到R波初至之間的,1/3處為S波組初至，且VR與VS具有很好的相關性其相關式為:VR=VS-(0.871.12μ)/(1 pμ);式中:μ為泊松比;此關係奠定了R波在測定岩土體物理力學參數中的套用;R波在多道接受中具有很好的直線性。即一致的波震同相軸;質點運動軌跡為逆轉橢圓且在垂直平面內運動;R被是沿地表傳播的,且其能量主要集中在距地表-一個波長(λ\R)尺度範圍內。依據上述特性通過測定不同頻率的彈性波頻率速度VR即可了解地下地質構造的有關性質並計算相應地層的動力學特徵參數，達到岩土工程勘察之目的。

工作方法

套用彈性波頻率進行現場測試時一般採用多道檢波器接收以利於彈性被的對比和分析。當錘子或落重在地表產生一瞬態激振力時就可以產生一個寬頻帶的R波，這些不同頻率的R波相互迭加,以脈神信號的形式向外傳播。當多道低頻檢波器接收到脈衝振動信號後經數據採集頻譜分析後，把各個頻率的R被分離出來並求得相應的VR值，進而繪製面波頻散曲線。

當選取兩道檢波數據進行反演處理時應使兩檢波器接收到的信號具有足夠的相位差，其間距0x應滿足(λR/3)~AR即在一個波長內採樣點數要小於在間距Ox內的採樣點數的3倍，而大於在間距0x內的採樣點數的1倍，該採集濾被原則對於不同的勘探深度及儀器解析度和場地地層特性可作適當調整。

存在問題

雖然彈性波頻率探測技術在工程中的套用已很廣泛，但實際工作中還存在以下問題:

關於實測彈性波頻率頻散曲線的“Z”字型現象從理論模型的解析中還不能精確地解釋此現象。因為理論的頻散曲線。在介質分界面處只出現折點對此還需深入研究和數值模擬計算;

對於彈性波頻率勘探深度的確定，國內外大多採用半波長作為R波的勘探深度此關係是一經驗公式但在實際工作中應根據場地地質條件、探測對象以及孔旁測試對比結果等作適當調整;

測試深度相對較淺一般情況下可靠的測量深度為20~30m,最深不過50~60m。當測試深度加大時震源信號就必須具有足夠的低頻信號，尚難滿足此要求。

由於低頻時的R波值很少使得下部頻散曲線的點相對稀少,所以對解釋精度影響較大。就該問題由原來的算術坐標系改為波長為對數的單對數坐標系,可使低頻段頻散點稀少問題得以改觀。根據不同的勘測目的和要求,對產生R被的震源需作必要的改進和研究,以適應勘察的需要。如用錘子作震源時其低頻值為10~20Hz 左右,而用砂袋作震源時低頻值為3~10Hz左右。彈性被頻率勘探作為一種新的淺層地球物理勘探方法，具有簡便、快速、經濟、解析度高、適用場地小、套用範圍廣等優點,但對彈性波頻率勘探理論的研究以及實際套用等有待進一步的深入和開拓使之在生產實踐中不斷總結、完善和提高。