影响岩体波速的因素

第二节 影响岩体波速的因素（5方面因素）,一、岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和 生成年代有关 1.岩石的密度和完整性越高，波速越大 2.岩石密度越大，弹性波的速度也相应增加表31表示了各类岩石的弹性波速与岩石种类之间的关系。图35从实例统计的角度，表示了各类岩 石的弹性波速及密度之间的关系。,二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系,弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，则视充填物而异。若裂隙中充填物为空气，则弹性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播。在裂隙充水的情况下，声能有5可以通过，若充填物为其他液体或固体物质，则弹性波可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的能力与弹性波的频率和振幅有关. 1.频率越低，跨越裂隙宽度俞大，反之俞小,图3-7,2. 裂隙数目越多，则纵波速度愈小,3.岩体的风化程度愈高弹性波的速度亦小,4.夹层厚度愈大弹性波纵波速度愈,三、岩体波速与岩体的有效孔隙率n及吸水率 有关,一些岩浆岩，沉积岩和变质岩的纵波速度与有效孔隙率n之间的关系见图39所示。,从图中可以看出： 1.随着有效孔隙率的增加，纵波波速则急剧下降,图310表示了纵波波速与吸水率之间的关系。,从图中可以看出： 2.随着吸水率的增加，纵波波速急剧的下降,四、岩体波速与各向异性性质有关,岩体因成岩条件、结构面和地应力等 原因而具有各向异性，因而弹性波在岩体 中的传播、岩体动弹性模量等也具有各向 异性。表36看出： 1.平行层面纵波波速大于垂直层面波速 平行层面波速/垂直岩层波速各向异性系数C C=1.08-2.28；多数：C=1.67 相当一部分：c=1.10,表36,2.平行岩层面的动弹模大于垂直岩层的动弹模各向异性系数数值在1.012.72之间；绝大部分小于1.30,3.压力愈大，纵波波速各向异性系数愈小由表可见，所有系数均大于1；其最大系数在0.1MPa,五、岩体受压应力对弹性波传播的影响,（一）室内测试的结果 岩石在压应力作用下，对弹性波的波速和 动弹性模量有一定的影响，受力状态可分 静水压缩、三向压缩和单向压缩，量测方 式可分为平行或垂直于最大应力。 1.加载方式对声波波速的影响在单向压缩且垂直应力方向测试岩石的波速时，所测波速有较明显的影响；其它加载方法对所测波速的影响比较小，见图311，12,均匀压缩,单向压缩,环向压缩,2.压应力愈大波速愈大从图中可以看出，随着压力的增大，纵波的波速亦随之增大。纵波增加的波速，在开始阶段较快，然后逐渐变小，最后可能不增加。 3.对于层面发育的沉积岩石，当垂直于层面加载时，在低应力阶段波速急速随应力增长而增加，当波速超过平行层面方向的波以后，增长变慢。如图313所示,4.当岩石单向压缩后，量测的波速因方向的不 同而不同,与压应力相同方向上的纵波波速，在低应力阶段波速急速增长，达到一定程度后增速减缓,与压应力垂直方向上的纵波波速，随应力增长而减小（波传动方向上受拉应力）,（二）现场量测的结果,在某工程中，测定了巷道两帮的应力 变化对声波波速的影响可以推断松动圈的范围。工程测点布置如图316,1.在巷道壁钻孔测试声波速度 在松动区内，由于岩体破碎且是低应力区，因而波速较小；高应力区，岩体完整，波速达到最大；原岩应力区，波速正常。根据波速沿测孔深度的变化曲线，确定这三个区的范围。,2.测试结果 如图可见，3条测线总的趋势大约在1.5米处，波速最大，可推测松动圈范围在此处。 另外，曲线1在1.5米更深处波速更大，这可能是该处巷道纵横交错，应力较复杂之故。,3.当岩石种类不同，纵波波速不同。但基本规律相同，即在低应力区纵波波速增长很快，随着应力的增大，增长减慢，趋于常值。如图318所示,返回,