隧道岩石声波波速测试
8、岩体声波测试(岩块声波速度测试、岩体声波速度测试)
岩体声波测试包括（岩块声波速度测试、岩体声波速度测试）岩体声波速度是指声波在岩体中的传播速度。
岩体声波速度，能较直观地反映岩体结构好坏、帮助划分岩体类别以及计算岩体的动弹性参数等。
岩石声波速度，又分横波和纵波传播速度两种，测试方法一般有脉冲超声波法和共振法。
（一）岩块声波速度测试岩块声波速度测试是采用超声波法，测读声波在岩石试件中的传播时间和距离，进而计算岩石声波速度和动弹性参数的一种方法。
该测试适用于能制成规则试件的各类岩石。
试件加工及描述应符合有关规定。
测试耦合剂可用凡士林、黄油、铝箔或铜箔等。
测试选用换能器的发射频率，应满足下式要求：=2v p/D式中ƒ———换能器发射频率，Hz；v p———岩石纵波速度，m / s；D———试件直径，m。
1、测试要点采用直透法或平透法布置换能器，量测两换能器中心距离。
将试件置于测试架上，对换能器施加约 O. O5MPa 的压力，测读纵波或横波在试验件行走的时间；如试件在受力状态下测试，宜与单轴压缩变形试验同时进行。
测试结束后，应测定超声波在标准有机玻璃中的传播时间，确定系统的零延时，或将发射、接收换能器对接，测读零延时。
2、测试成果整理按下列公式计算岩块的纵、横声波速度：V p=L/（t p-t0）V s=L/（t s-t0）式中v p———纵波速度，m / s；v s———横波速度，m / s；L———发射、接收换能器中心间的距离，m；t p———纵波在试件中行走的时间，s；t s———横波在试件中行走的时间，s；t O ———仪器系统的零延时，s。
（二）岩体声波速度测试岩体声波速度测试，是通过测定纵、横波在岩体中的传播时间，进而求得声波在岩体中的传播速度及动弹性参数的一种方法。
适用于各类岩体。
岩体声波速度测试可在钻孔、平洞、地表露头等部位，按工程需要布置测线，以电脉冲、锤击、电火花等方式激发声波进行。
测试耦合剂可用凡士林、黄油、铝箔或铜箔等。
测试前应对测试岩体进行地质描述。
波速测试在岩土工程勘察中的作用分析
波速测试在岩土工程勘察中的作用分析岩土工程勘察是指对地下岩土地质情况进行调查和分析，以确定地下岩土的性质和特性，为工程设计、施工和运营提供科学依据的一项工作。
而波速测试则是岩土工程勘察中的重要内容之一，通过对岩土体的波速进行测试，可以获取关于岩土体力学性质的重要信息，对于工程设计和施工至关重要。
本文将对波速测试在岩土工程勘察中的作用进行分析。
一、波速测试的原理波速测试是指通过在地下岩土中传播声波或弹性波，测定波的传播速度来判断岩土体的力学性质。
在地下工程勘察中，主要采用的波速测试方法有地震波法、声波法和超声波法等。
地震波法是一种利用地震波在地下介质中传播的速度来反映地下介质性质的一种探测方法，可以用于探测基础岩层、地下水位、构造断裂和地质构造等情况。
声波法则是通过声波在地下介质中传播的特性来判断地下介质的物理性质和力学性质，对于研究地下水位、地质构造和土壤类型等方面有着重要的作用。
超声波法则是利用高频声波在岩土体中传播的速度和衰减特性来判断岩土体的质地、密实度和抗压强度等特性。
1. 判断地下岩土的性质通过波速测试可以精确地获取地下岩土体的波速信息，根据声波或地震波在不同岩土体中传播的速度和衰减特性，可以判断地下岩土体的结构、密实度、水分含量和力学性质等特性。
这些信息对于地下岩土体的性质评价和工程设计具有重要的指导意义。
2. 评估地下水位和地质构造波速测试可以用来评估地下水位、地下断裂和地质构造等情况。
因为地下水和地下断裂会对波速的传播造成影响，通过观测波速的变化可以判断出地下水位和地下构造的情况，对于工程设计和施工有着重要的指导作用。
3. 预测地下岩层的稳定性通过波速测试，可以分析地下岩层的稳定性。
因为岩土体的稳定性与其密实度、结构特性和力学性质有关，而这些信息可以通过波速测试来获取。
通过分析波速的变化和衰减特性，可以对地下岩层的稳定性进行合理的预测和评估，为地下工程的施工和运营提供重要的参考。
隧道围岩的声波测试
１ 围岩 声波测 试 项 目及 其测试 方 法
１ １ 测试项 目 ．
Ｖｐ Ｋ ， 地下 工程岩 体 中可采用声 波测试 的项 目很多 ， 主要 有 ： ） １ 地 速度 ；ｒ为岩块 的纵波速度 ； 愈接 近于 １ 表示岩体愈完整 。 在软岩与极其破碎 的岩体 中， 有时无法取 出完整而扰动不严 下工程位置的地质剖 面检测 （ 声波 测井 ） 用 以划分 岩层 ， ， 了解 岩 不能测取岩块 的纵波 速度 ， 时可用相对 完整系数 Ｋ 这 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 重的岩块 ，
１ ２． 出的 偏低 ， 测 Ｋ 值偏 高。 围岩 分类 中声波 测试方 法 ， 除采 取钻孔 法外 ， 可采取 锤击 还
测得 波 速 比用 钻孔 法测 得 的偏 围岩松动 圈是设 计 地下工 程和评 定 围岩稳定 性 的重要 参数 法。锤击法受 开挖 影 响较 明显 ， 必 而应 之一 。 测定松动圈 的原理 ， 是声 波传播 速度决定 于岩体 完整 低 。在围岩分 类 中， 须考虑 不同情况 下测取 波速 的差异 ， 主要 分别采用不同的标准 。 性程度 。完 整岩体 的波速 一般较 高 ， 而在应力 下降 、 裂隙 扩张 的 松动 区波速相对 下降 ， 因而在 围岩压 密区（ 应力升高 区） 和松动 区 １ ２ ３ 动弹性模量的测试 ．．
判别 围岩稳定状态 ， 提供工程围岩分类的参数 。
的结构面减少 。但有 时波速 并不能反 映岩体完整性 好 ， 有些破 如
碎硬岩 的波速 高于完整性较好的软岩 ， 因此 还要采用 岩体完整性 系数 Ｋ ｐ ） 反映岩 体 的完整 性 ， 中， ｐ 岩体 纵波 （ ／ 来 其 为
文章编号 ：０ ９６ ２ （０ ６）８０ ９ ．２ １０ —８５ ２ ０ １ —２ ００
岩石压力波速度测试方法与分析
岩石压力波速度测试方法与分析岩石是地球上最基本的构成成分之一，其性质与行为直接影响到地质工程、地震学和石油勘探等领域。
压力波速度是岩石力学研究中重要的参数之一，它能够揭示岩石的变形、破裂和应力状态，并为岩石工程设计和实际施工提供重要参考。
本文将介绍一些常见的岩石压力波速度测试方法，并对其测试结果进行分析。
一、动态弹性参数测试方法1. 声波测井法声波测井法是一种通过测量井中岩石传播声波的速度来揭示岩石性质和结构的方法。
在实际应用中，声波测井设备通过发射声波信号，并记录其传播时间以及到达接收器的信号强度。
根据测量的数据，可以计算出岩石的纵波速度和横波速度，从而推断岩石的力学性质。
2. 超声波检测法超声波检测法是一种利用超声波在岩石中的传播速度来测定岩石性质的方法。
通过在岩石表面或孔洞中放置超声波传感器，并发射高频信号，测量其传播时间和到达接收器的信号强度。
根据测量数据，可以计算出岩石的压力波速度和剪切波速度。
二、静态弹性参数测试方法1. 声速仪测试法声速仪测试法是一种通过测量岩石中声波的传播速度来推断其力学性质的方法。
该测试方法适用于岩石试样，通过固体声波仪器向试样表面或孔洞中发射声波信号，并记录声波波形。
通过计算相位变化，可以得到岩石的纵波速度和横波速度。
2. 拉伸试验法拉伸试验法是一种通过施加拉伸力来测定岩石的弹性模量和压缩强度的方法。
在该方法中，通过施加恒定应变速率的拉伸力，测量岩石试样的应力-应变关系。
通过分析应力-应变曲线，可以得到岩石的压力波速度。
三、岩石压力波速度的分析1. 岩石组分分析岩石的压力波速度与其组分密切相关。
根据各组分的密度和声波传播速度，可以推算出岩石的压力波速度。
例如，石英和长石等硅酸盐矿物对声波的传播起到重要作用，而成分中含量较高的非均质物质则会对声波传播速度产生较大影响。
2. 岩石孔隙率分析岩石中的孔隙率是影响其压力波速度的重要参数之一。
孔隙率越高，岩石内部的孔隙体积越大，并且会导致声波的传播速度降低。
岩土工程勘察中波速测试的应用研究
岩土工程勘察中波速测试的应用研究波速测试是以弹性理论为依据，用人工的方法在岩土介质中激发一定频率的弹性波，这种波以各种波形在岩土体内部传播并由相应的仪器接收。
通过分析接收和记录下来的波动信号来判定岩土体的物理力学性质，计算小应变条件下岩土体的动力参数，为场地工程地质评价提供依据。
波速测试常采用单孔法、跨孔法或面波法，主要测定各类岩土体的压缩波波速νP、剪切波波速νS或瑞利波波速νR。
下面就对波速测试的几种方法、测试要点、资料分析、成果应用等进行较全面的梳理和总结。
1 测试方法波速测试设备主要分为激发装置和接收装置两部分，激发装置有机械式、电磁式等；接收装置常包括检波器、放大器和示波器。
根据任务和设计要求以及工程现场的测试条件，可采用单孔法、跨孔法或面波法进行测试。
1.1 单孔法单孔法是在一个钻孔内进行测试，所测得的波速为地表至测点间地层的平均波速。
该方法常用于土层软硬程度变化大或层次较少的地层。
测试时可在地面激振，孔底接收，称为下孔法；也可在孔底激振，地面接收，称为上孔法；可沿钻孔向上或向下测试，常采用下孔法自下而上逐点进行测试。
测试钻孔应尽量垂直，将声波探头或三分量检波器放至孔内预定深度位置，并与孔壁贴紧。
土层剪切波测试常用的振源激发装置是尺寸为2000×300×50mm的木板，木板长度方向的中垂线应对准测试孔中心，与孔口距离宜为1～3m，其上放置大于400kg的重物。
当用锤水平敲击木板两端时，木板与地面摩擦而产生水平剪切波，两次相反方向的敲击，可获得极性相反的两组剪切波形。
剪切波测试应结合土层分布设置测点，测点的垂直间距可取1～3m，层位变化处应加密；当测岩体的压缩波时，测点的垂直间距可取0.2～0.5m，且钻孔内应有水。
在每一个测点位置，应重复测试多次。
1.2 跨孔法跨孔法是在场地上取两个平行的钻孔，在一个钻孔不同深度处设置振源，在另一个钻孔相应深度处放置检波器，所测得的波速为两孔之间地层的传播速度。
地下洞库围岩松动圈的声波法测试
对松动 圈范 围的判 定 ， 对洞 室洞 室开挖方式的选择 、 巷 道稳 定性 的分析 ， 以及确定锚杆支护位置 、 支护锚杆 长度等设计 参数
的确定 ， 均有重要意义 。
仪器 结构简单 、 操作方便 、 数据 直观 ， 故此 次松动 圈测定采用该
方法。 声 波 法 的原 理 是 声 波 在 岩 体 中传 播 ， 当岩体裂隙发育 、 密 度
高则说 明围岩完整性 好 ，波速低说 明围岩存在裂缝 ，完整性较
差。
实际测试示 意图见图 １ 。在岩体 中钻孔后放入 测试探 头 ， 测 试探头 中有一个 发射器 和两个 接收器 ， 实行一发双收 。 发射探头
８ ２ Ｉ 石 油 化 工 建 设 ２ ０ １ ４ ． ０ １
全， 做 到 科 学决 策 ， 需 对 两 种 开 挖 方 式产 生 的 松 动 圈 范 围进 行 测
定， 比较两 种施 工工艺对 围岩 的扰动情况 ， 为确定合理 的洞室主
导开挖方式提供依据 。
后， 洞壁的应力最大 。当该应力超过岩体 的极 限强度时 ， 围岩将 立即发生破坏 ； 当该应力介于极 限强度和屈 服极 限时 ， 洞壁 围岩 就由弹性状态转化 为塑性状 态 ， 该趋 向深处发展 ， 并最 终在 围岩 中形成一 个所谓 的塑性松动 圈。 当然， 围岩破 坏发展 到一定深度 后会取得新应 力平衡 ，最终也会在洞室周 围产生一定 的破 坏松 动范围。因此 ， 在洞室开挖后 ， 在其周围会 因应力释放产生一个
Ｅ＆ Ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ 工程技术
地下洞库围岩松动圈的声波 Ｉ Ｊ 试
郑红刚 龚凯 军 王立强 北京东 方新星石化工程股份有限公司 北京 １ ０ ０ ０ ７ ０ 摘 要 以山东某化 工企 业建造的地下洞库项 目为工程实例 ， 详细介绍 了采用声波法测定松动 圈的原理 及过程 ， 结合实 际
岩体声波测试技术及其在巷道围岩岩体波速测试中的应用
由（ ） （ ） 式可得 到纵 波速 度 及横 波速度 。 ２ 、３ 两
公式 ， 即 及 与介 质 弹性 系数 的关 系 ：
时 、 幅 、 谱 和岩石 的结 构及 应力状 态 有着 一定 的对 振 频
维普资讯
３ ８
铁
道 建 筑
： Ｓ
㈦
时 刻纵 波总 是早 于横 波 出现 。
—
—
体 积 膨胀 系数 ；
Ｆ —— 介质 总 的位移量 。 介 质 中 由于 弹性 波传播 产 生 的 位移 量 （ 是膨 胀 Ｆ） 位 移 势 的梯 度 （
波 动方 程 ：
ｌ ０ ： （ ＋２１ ／）
１２
声 波 在传 播过程 中遇 到 岩体 中不 同介 质 的分界 面
于折 射 波将 以初 至波 的形 式 出现 而 易 于 区别 ， 目前 岩
ｌ了 ： ０— ０ ＝ 一 Nhomakorabea体测 试 主要 以折 射波 为主 。
１２ 岩 体 声 波 测 试 的 物 理 基 础 ．
式 中
——膨 胀 位移 位 函数 ；
— —
旋 转位 移位 函数 。
在 岩体 声波 测试 中 ， 由于外 力 的瞬时 性 和微 弱性 ， 岩石 表 现 为弹性 介质 ， 波 在其 中的 传 播 是 符 合 弹性 声 波传 播 规律 的 。利用 弹性 波 的波动 方程 和 波形 特征来 揭示 岩 体 内部 结 构 和 应 力 状 态 是 可 能 的 。声 波 的走
体 强度 及变 形 特征 ； ２ 岩体 结构 特性 使声 波在 岩体 中的波动 过程 变 得 ）
岩 石 类 型
岩 块 号 走 时 岩 块 长 度 岩 块 波 速
岩块波速测试方法
岩块波速测试方法嘿，咱今儿就来说说岩块波速测试方法。
你知道吗，这就好比给岩块做一次特别的“体检”呢！岩块波速测试，那可是个很重要的事儿。
想象一下，岩块就像一个个小战士，我们得知道它们的“战斗力”咋样呀，这波速测试就是了解它们的关键一步。
一般来说呢，有好几种方法可以来测。
比如说，有一种叫超声波法。
这就好像是用一种特别的“声音探测器”去探测岩块内部的情况。
通过发射超声波，然后看看它在岩块中传播的速度，就能了解岩块的一些特性啦。
还有一种方法呢，是利用其他的波动形式，就好像给岩块来一场特别的“波动派对”。
在这个派对上，我们能观察到岩块对不同波动的反应，从而得知它的各种秘密。
那在实际操作中，可得小心谨慎呢。
要选择合适的测试仪器，这就像是给战士挑选趁手的兵器一样重要。
要是仪器选不好，那可就麻烦啦，得到的数据可能就不准确咯。
而且测试的时候，环境也很重要呀。
不能有太多干扰，不然就像在嘈杂的市场里听音乐，根本听不清嘛。
测完之后呢，可得好好分析数据。
这数据就像是岩块给我们的“密码”，我们得仔细解读，才能真正了解岩块的情况。
这可不是随便看看就行的，得用心，就像侦探破案一样，从蛛丝马迹中找到真相。
你说，这岩块波速测试是不是很有意思呀？它能帮助我们更好地了解岩石的性质，为工程建设啥的提供重要的依据。
要是没有这个测试，那很多工程可能就会像没头苍蝇一样乱撞啦。
所以啊，别小看这岩块波速测试，它可真是个大宝贝呢！咱可得重视起来，让它为我们的生活和工作发挥更大的作用呀！这不就是科技的魅力所在嘛，让我们能更深入地了解这个世界，更好地利用资源，创造更美好的未来。
你说对不对呢？。
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附件
一、项目来源
受某院委托，我院承担安包隧道项目工程地质钻孔声波波速测试工作。
二、任务与目的
岩石声波波速测试，用于划分岩体风化壳及其强度评价、深部地层软弱结构面、破碎带埋深及岩溶发育特征的勘查，计算钻孔岩石完整性系数，判别钻孔岩层的完整性。
三、波速测试工作情况
我院于2016年11月18日进场开展测试工作共完成了3个钻孔的波速测试工作，共完成310.25m的波速测试，具体工作量统计见表1.3.1所示。
四、声波波速测试原理与方法技术
声波检测技术中有三个声学参量，即声速、声波波幅及频率，可对介质的物性做出评价。
各声学参量简述如下：
①声速与弹性力学参数的关系：当测取岩体的纵波及横波声速Vp与Vs，并已知岩体密度ρ的情况下，便可以获取岩体的动弹性模量E、剪切模量G和泊松比б，从而做出对岩体的动力学特征做出评价。
②声速岩体完整性指数：可用纵波评价岩体的质量，可用岩石样本的纵波波速Vpr与岩石的纵波平均声速Vpo测算出岩体的完整性指数Kv。
由完整性指数，可对岩体的工程力学性质进行分类。
③声速与岩体的裂隙：当波动的前方有裂隙存在时，在裂隙尖端所产生的新的点振源浆可绕过裂隙继续传播，形成波的“绕射”。
绕射的过程声线“拉”长，声时加长，使视声波降低，故声波不仅可对岩体的风化程度加以划分，对岩体中存在的裂隙有着极为敏感的反应。
④声波与岩体结构的关系：声波在整体块状结构中得传播速度最快，在层状结构、碎裂状结构、散体结构中，由于裂隙发
育程度不同，声波在这种非均质介质中传播，
将会在不同的波阻抗界面产生波的折射、反射、
波形转换等，使波速拉长，从而使声波随结构
的复杂而降低。
由测试对象及测试目的的不同，声波测试
有多种方法，具体有投透射法、折射法、反射
法等。
其中折射法—单孔一发双收声测井法主
要用于岩体风化壳划分及强度评价、深部地层
软弱结构面、破碎带埋深及发育特征的勘查。
根据本项目特点，采取单孔一发双收声测井进
行检测。
工作方法如右图所示：
五、声波波速测试岩土划分依据
计算岩体的完整性系数Kv：
Kv=（Vpr①∕Vpo②）2
①Vpr－在钻孔岩体各个岩性分段中测得的纵波波速平均值；
②Vpo－选用本场地各钻孔各岩性分段的新鲜岩样纵波波速。
选取岩芯样时根据现场编录人员对钻孔岩性分段，在各个岩性分段中各取一组完整新鲜芯样并测量芯样纵波波速取所测的代表性岩样的纵波波速为该分段的纵波波速特征值。
通过计算岩体的完整性系数Kv，比对岩体完整性分类标准表，可以划分岩体结构类型。
岩体完整性分类标准表如下所示：
岩体完整性分类标准表附表2.2.3
、声波波速测试成果与评价
根据以往工作经验，新鲜未风化岩块波速为4500 m/s左右，微风化波速约为3000～4500m/s左右；中等风化波速约为2000～3000m/s左右；强风化波速约
为2000m/s以下。
(1)ZK1: ①强风化砂岩岩体纵波最大波速1744.2m/s，岩体纵波最小波速1304.3m/s，岩体纵波平均波速1506.6m/s。
②中风化砂岩岩体纵波最大波速3000.0m/s，岩体纵波最小波速1666.7m/s，岩体纵波平均波速2172.4m/s。
(2)ZK2：①强风化砂岩岩体纵波最大波速1764.7m/s，岩体纵波最小波速1428.6m/s，岩体纵波平均波速1599.7m/s。
②中风化砂岩岩体纵波最大波速3000.0m/s，岩体纵波最小波速2142.9m/s，岩体纵波平均波速2537.4m/s③微风化砂岩岩体纵波最大波速4285.7m/s，岩体纵波最小波速2727.3m/s，岩体纵波平均波速3449.9m/s。
(3)ZK3：①强风化砂岩岩体纵波最大波速1744.2m/s，岩体纵波最小波速1304.3m/s，岩体纵波平均波速1504.0m/s。
②中风化砂岩岩体纵波最大波速3750.0m/s，岩体纵波最小波速1363.6m/s，岩体纵波平均波速2483.6m/s 岩性分段、岩样波速特征值、纵波平均波速、岩体完整性系数Kv值及岩体结构类型详见下表：
完整性系数表表5.2.1。