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1、岩土工程测试技术第1页，本讲稿共35页第四章：声波测试技术与声发射监测技术引言声波测试作用：无损探测确定岩土体介质和结构的力学特性和了解其内部缺陷。第2页，本讲稿共35页第四章：声波测试技术与声发射监测技术引言生发射技术的作用：确定岩土体介质和结构的内部破坏状态及受力历史。第3页，本讲稿共35页1）波动方程4.1 声波的传播原理第四章：电阻应变片测量技术式中：，G 拉密系数；体积应变；x,y,z x,y,z方向的位移；介质密度；拉普拉斯算子,拉密运动方程第4页，本讲稿共35页4.1 声波的传播原理第四章：电阻应变片测量技术纵波（P波）1）波动方程质点振动方向与波的传播方向一致时，称为纵波。写为
2、：纵波：第5页，本讲稿共35页4.1 声波的传播原理第四章：电阻应变片测量技术横波（S波）1）波动方程质点振动方向与波的传播方向垂直时，称为横波。横波：第6页，本讲稿共35页4.1 声波的传播原理第四章：电阻应变片测量技术表面波（R波）1）波动方程沿介质表面和交界面传播，波动振幅随深度增加而迅速衰减的波称为表面波。表面波质点振动轨迹为椭圆形，长轴垂直于传播方向，端轴平行于传播方向。第7页，本讲稿共35页4.1 声波的传播原理第四章：电阻应变片测量技术1）波动方程纵波、横波、表面波能量值比第8页，本讲稿共35页4.1 声波的传播原理第四章：电阻应变片测量技术2）波的反射与透射弹性波界面反射、透射
3、保持位移和应力的连续性第9页，本讲稿共35页4.1 声波的传播原理第四章：电阻应变片测量技术2）波的反射与透射A0A2B2A1B1r1r212斯奈尔定律：第10页，本讲稿共35页4.1 声波的传播原理第四章：电阻应变片测量技术2）波的反射与透射A0A2B2A1B1r1r212考虑垂直入射，1=0，则B1=B2=0。反射系数：透射系数：波阻抗第11页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术l弹性模量降低，岩体波速相应下降；l岩石越致密，岩体声波速越高；l结构面的存在，将使声波速降低，并使声波在岩体中传播时存在各向异性；l岩体风化程度大，波速低；l压应力方向上波速升高；l孔隙
4、率大，波速低。第12页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术1）声波测试技术穿透法发射探头接收探头穿透法灵敏度高，波形简单、清晰，干扰小，波形易于识别。第13页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术1）声波测试技术反射法适用于介质一端无法安装传感器的情况。发射器接收器第14页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术1）声波测试技术剖面法通过表面波特性测定介质缺陷和材料性能。发射探头接收探头第15页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用围岩松弛带测试第16页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第
5、四章：电阻应变片测量技术2）应用围岩松弛带测试孔深波速原岩波速压密带原岩波速孔深波速岩体完整，洞室开挖后围岩完整性和应力没有明显变化。岩体完整坚硬，围岩无松动带，有压密带。第17页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用围岩松弛带测试围岩表面松动，应力释放降低。围岩表面松动，应力降低；中部压密，应力增高，最后逐渐变为原岩应力状态。松弛带原岩波速孔深波速压密带原岩波速孔深波速松弛带第18页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用评价岩体强度和完整性完整性系数/龟裂系数：Vm评价对象（岩体）的声波速度；Vc采样试件的声波波速。Cm0.75
6、 完整性好，裂隙小；Cm=0.750.45 完整性较好，裂隙间距小于2030cm；Cm0.45 完整性差，裂隙间距在2030cm以上；第19页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用评价岩体强度和完整性 损伤岩体的杨氏弹性模量；E无损伤岩体的杨氏弹性模量；岩体损伤量。0 D 1D=0无损伤，岩体完好无损；D=1岩体完全破坏。第20页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用岩体力学参数测定岩体抗压强度；岩体抗拉强度；岩石单轴抗压强度；岩体单轴抗拉强度。第21页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用张开裂隙
7、延伸深度测定l0l1l2h第22页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用声波测井l声波仪波速第23页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用混凝土测厚混凝土空洞检测混凝土裂缝检测桩基完整性检测第24页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用隧道超前地质预报第25页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用隧道超前地质预报第26页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测量技术2）应用隧道超前地质预报第27页，本讲稿共35页4.2 声波探测技术第四章：电阻应变片测
8、量技术2）应用隧道超前地质预报第28页，本讲稿共35页4.3 声发射技术及应用第四章：电阻应变片测量技术1）原理 材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂；或材料内部缺陷及潜在缺陷在外部条件作用下，改变其状态时，将以弹性波形式向外释放能量。AE事件计数：纪录每个声发射事件；AE事件计数率：单位时间的AE事件计数；AE事件总数：声发生事件计数累积。第29页，本讲稿共35页4.3 声发射技术及应用第四章：电阻应变片测量技术1）原理第30页，本讲稿共35页4.3 声发射技术及应用第四章：电阻应变片测量技术1）原理时间AE事件计数率第31页，本讲稿共35页4.3 声发射技术及应用第四章：电阻应变片测量技术2）应用凯塞尔效应 当材料被加荷载时，有声发射信号发生，若卸载后再加载，则在卸荷点以前几乎不会再有声发射信号产生。只有当荷载超过历史最大荷载时，才会继续产生声发射信号。第32页，本讲稿共35页4.3 声发射技术及应用第四章：电阻应变片测量技术2）应用凯塞尔效应大理石4次加载声发射信号第33页，本讲稿共35页4.3 声发射技术及应用第四章：电阻应变片测量技术2）应用凯塞尔效应地应力测试第34页，本讲稿共35页4.3 声发射技术及应用第四章：电阻应变片测量技术2）应用岩土工程灾害预报第35页，本讲稿共35页