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话说单孔“一发双收”声波测井

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卖家[上传人]：大米

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1、声测探讨与回顾话说单孔“一发双收”声波测井引言2004年11月中华人民共和国交通部发布了行业标准公路工程基桩动测技术规程”JTG/T F81 - 012004，在这个规程中的6256有一段文字单孔检测采用一发双收一体型换能器，。什么是一发双收一体型换能器，它有什么用途？这就是本文所要论及的。二. 一发双收换能器的结构图1是软连接一发双收图1.软连接“一发取收w换能器外形，图2是硬连接7L一发双收换能器的外形。禺2*硬连接*一发戏收F它们都是由一个发射换能器，发射换能器T至接收换能器和两个接收换能器组成如图3。R间的距离为L ,称其为源距”；接收换能器R与接收换能器R2间的距离为乩称其为间距。对于上述换能器的要求是：径向无指向性、轴向亦应无指向性；发射功率要大，要有足够的接收灵敏度。三. 一发双收换能器的工作原理tit-fk-tlALAL =疋图彳.一发双收工作原强工作原理由图 4 加以说明。当一发双收换能器置于岩体或混凝土钻孔的中心，发射换能器 T 辐射的声波，满足入射角等于第一临界角的声线，在岩体或混凝土孔壁的声波折射角将等于 900 ，即声波沿着钻孔孔壁滑行，然后又分别折射

2、回孔中，由接收换能器 R1 和R2 分别接收（所以可称其为折射波法）。于是可有： t = t2_t1 Vp二4/址(2)上两式中t2为T传播到R2的声波传播时间；J为T传播到R1的声波传播时间；Vp为孔壁介质的声速。由声学理论可知，这个声速只反映沿孔壁一个波长范围内的声速。显然，换能器的频率选得低一些，也就是波长长一些，单孔一发双收声波测井所测得的范围要大一些。如：一发双收换能器的频率为30kHz、混凝土的声速为4500m/s时，波长入二0.15m，这时可以测出范围是：钻孔中心04m范围内钻孔孔壁介质的声速（假定钻孔直径为0.1m ）四关于源距L和间距4由图4可见，J和t2都包含了声波在钻孔井液内及混凝土（或岩体）中的传播时间，好在通过（t2-t）后井液中的声时便完全抵消了，便只保留了声波由传播到R2的声时。可是不要忘记，声波还会由发射换能器T直接在井液中传播到接收换能器。好在混凝土或岩体的声速远高于井液的声速,所以只要源距L足够大，使声波在混凝土或岩体中传播距离也足够大，也就是使 t1 小于由井液中传播的时间 tw 。这样，单孔一发双收测试才 1w 能成为可能。于是，

3、便有一个最小源距的问题，也就是要求：Lt 二 mint（3）w C 1w（3 ）式中tw为发射换能器T发射的声波由井液传播到$的声时；Cw为井液的声速；Lmin为满足（3）是的源距，即最小源距。通过计算（略）最小源距的计算公式如下：4）L = 2 Smin（4）式中Lmin为最小源距二CW :井液声速、CR :岩体或混凝土最低声速（可取CR二 1800m/s）； D为钻孔直径；d为“一发双收换能器直径。由此可见并不是任何一个一发双收”换能器都可以在任何孔径的钻孔中施测。一个制造好的“一发双收”换能器其外径 d、源距L均已固定，故其适用的钻孔最大直径也就固定了。至于间距4，是由检测的垂直分辨率来决定的（例如湘潭市无线电厂生产的“一发双收”换能器间距为20cm,源距为30cm ）五.“一发双收”的用途由“公路工程基桩动测技术规程” JTG/T F81 - 012004的条文说明6.1.1最后一段论述:“单孔折射波法（即单孔“一发双收”测试笔者注）是根据公路桥梁对桩基的质量要求，检测钻芯孔孔壁周围的混凝土质量。”可见用这种声波检测方法，是用来检查基桩抽芯后是否发生误判的一个补充检验

4、。但是，单孔一发双收声波测试的用途还很多，分述于下:1岩体因施工引起的岩体松动范围检测；2.岩体灌浆补强效果检测破碎的岩体，可以用打钻孔注浆（水泥砂浆、化学浆）的办法将其胶结来提高强度，但效果如何？可用单孔一发双收测试法加以检验。图5 是某工程，岩体破碎，灌浆前后在两个检测钻孔内检测的对比结果，由灌浆前，及灌浆后7d , 28d的单孔一发双收”检测结果，可见声速是升高了，可以判断灌浆效果是理想的。串漕訂1图工-发双收程豔羽体灌浆补强效图丄方休课部斯星破昭帯检測3岩体断层破碎带的检测结果见图6，岩体破碎带的声时会增大，且波动厉害，由此可判断出出断层破碎的埋深及规模。4岩体风化壳的检测与评价表1的数据，是长江三峡三斗坪坝线，用单孔“一发双收声波测试了几十个钻孔后，统计出的岩体风化程度与声速关系的统计值。由此可划分岩体的风化程度，且做出评价。表1风化岩石纵波声速值（波速单位km/s）纵波波速、岩性风化程度黑云母石英闪长岩-H-L-L-ILJ-I化冈岩强风化6.05.95.单孔“一发双收”声波测试方法，最早用于石油和煤田勘探（用途略）。引用到岩土工程和工程地质勘探是在二十世纪七十年代中后期，笔者在这个时期，最早研制了一发双收专用仪器，组织并参与了一发双收换能器的研制。今天，“公路工程基桩动测技术规程”又将其引用到基桩完整性检测，实在令人欣慰。五.单孔一发双收换能器的适用仪器所有双通道的超声波检测仪均可适用，例如NM-4A、NM-3C超声检测分析仪。（吴庆曾）

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