声波检测（声波检测软件）

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声波检测原理

(1)检测原理

声波勘探的基本原理与地震勘探非常相似，都是基于研究弹性波在岩土介质中的传播特性。声波在不同类型的介质中具有不同的传播特性。当岩土介质的成分、结构和密度发生变化时，声波的传播速度、能量衰减和频谱成分都会发生相应的变化，在不同弹性性质的介质分界面上也会发生波的反射和折射。因此，通过声学仪器检测声波在岩土介质中的传播速度、振幅和频谱特征，可以推断被测岩土介质的结构和密度完整性。

例如，当用声波探测一个岩体(或平硐)时，只要把发射点和接收点分别放在岩体或平硐的不同地段，就可以根据发射点和接收点之间的距离以及声波在岩体中的传播时间计算出待测岩体的波速V。还可以根据声音振幅的变化和声音信号的频谱分析来评价岩体，也可以了解声能的吸收特性。声波检测过程如图5.31所示。

图5.31声波检测过程示意图

(2)测试仪器

声学仪器主要由发射系统和接收系统组成。发射系统包括发射器和发射换能器。接收系统由接收器、接收换能器和用于数据记录和处理的微型计算机组成。

发射机是一个声源信号发生器。它的主要部件是振荡器，产生一定频率的电脉冲，经放大后由发射换能器转换成声波，辐射到岩体中。

电声换能器是实现声能和电能相互转换的装置。它的主要成分是压电晶体，一种天然(或人造)晶体或陶瓷。压电晶体具有独特的压电效应。当向发射换能器的压电晶片施加一定频率的电脉冲时，晶片会在其法向或径向产生机械振动，从而产生声波并将其传播到介质中。晶片的机械振动和电脉冲是可逆的。接收换能器接收来自岩体的声波，使压电晶体振动，然后在其表面产生一定频率的电脉冲，发送给接收器。

根据测试对象和工作方式的不同，电声换能器也有多种型号和样式，如喇叭型、升压型和弯曲型，还有测井换能器和横波换能器。

接收器放大接收换能器接收到的电脉冲，并在屏幕上显示声波形状。通过调节游标电位计，到达时间可以显示在数字显示器上。如果接收机与微型计算机连接，就可以对声波信号进行数字处理，如频谱分析、滤波、初至切割、功率谱计算等。，并能通过打印机输出原始记录和结果。

如何检测12000Hz声波？

为了测量12000 Hz的声波，需要使用声波测量仪器，如频谱分析仪、声压级计等。这些仪器可以将声波转换成电信号，并对其进行分析和测量。

具体来说，频谱分析仪可以将声信号分解成不同频率的分量，并在频谱图上显示出来。通过观察声谱图，可以确定声波的频率是否为12000 Hz。

此外，声压级计可以测量声波的强度，即声压级。通过测量不同频率下的声压级，可以确定声波的频率是否为12000 Hz。

需要注意的是，测量声波时，需要保证安静稳定的测量环境，避免外界干扰对测量结果的影响。同时，测量仪器的精度和灵敏度也会影响测量结果的准确性。

声波检测技术

5.5.4.1岩体力学参数的确定

岩体的力学参数，如弹性模量、泊松比、抗压强度等，是评价围岩稳定性、工程设计和施工极其重要的基础数据，可以通过声波探测来测量。

当发射和接收换能器之间的距离为L时，可以通过测量直达波的传播时间t来获得弹性波的速度v。在已知岩石密度ρ的情况下，岩体的各种力学参数可以根据它们之间的函数关系进行换算。

实验表明，在室内测试岩样时，声波发射到岩石中的波长λ远小于岩样的尺寸，但大于岩样的组分粒径。样品的横向尺寸(垂直于阿波罗传播方向)不应小于波长的10倍，脉冲通过样品中岩石的传播距离应至少为平均颗粒尺寸的10倍。如果以边长d=5cm的立方体为例，当岩样中的波速为v=3000m/s时，所需的最低工作频率为f=v/λ=V/0.1d=600Hz。只有使用高频超声波仪器，才能在测试岩样时忽略岩样边界对声波的影响。

对于同一岩体(岩石)，弹性模量值与岩性和加载方式有关。静力试验的方法称为静力法，测得的弹性模量称为静力弹性模量，用Es表示。快速瞬时加载条件下的试验方法称为动态法，测得的弹性模量称为动态模量，用ed表示。Es和Ed是在不同的物理条件下测量的，通常是EdEs。有单位给出了经验曲线，即Es=0.1E1.45d(长办)或Es=0.025E1.7d(中科院地质研究所)。

动态方法和静态方法各有优缺点。用静力法测得的Es值接近地基荷载条件，所以只能选取几个有代表性的断面进行测试。由于静力法在一个测点的应力影响范围有限，少数断面的测试只能反映岩体的局部变形特征，不能满足工程设计的定量要求。动态测试采用最新的电子技术，具有设备轻便、测试简单、快速经济、可大批量测量等优点。而且现代很多工程建筑都要考虑动力特性，所以声波(或地震勘探)测得的动模量具有实用价值。但目前工程设计人员一般要求静态弹性模量值接近地基荷载条件，因此往往需要将声波或地震勘探测得的动态模量换算成静态弹性模量值。

5.5.4.2岩体特征参数

声波探测能量作为岩体分类的主要手段，由于岩体的成因、类型、结构面特征、风化程度等地质因素，与岩体的力学性质有关，岩体的力学性质与声波在岩体中的传播规律密切相关。

在环境和工程地质中，我们用纵波速度vP、弹性模量E、破裂系数Ls、完整系数Kw、风化系数β和衰减系数α来描述岩体的特征参数。

(1)纵波速度vP

一般来说，岩体新鲜、完整、坚硬、致密，波速高；反之，岩体破碎，结构面多，风化严重，波速低。由于波速是反映各种地质因素对岩体强度综合影响的参数，所以它是岩体特性最基本的参数。

(2)完整系数Kw和断裂系数Ls

完整性系数Kw是描述岩体完整性的系数。断裂系数Ls是表示岩石断裂发育程度的系数。通常用公式(5.11)表示:

环境和工程地球物理学

式中:vP为岩体的纵波速度；与vP岩相同岩体的岩样纵波速度。

通过测量完整岩石和待测岩体的vP体积值，可以计算完整系数和破裂系数，定量解释岩体结构面的发育情况。一般将岩体完整性分为三个等级:①kW = 0.75 ~ 0.9；②Kw = 0.45 ~ 0.75；③千瓦0.45。将裂纹发展分为五个等级(表5.2):①LS 0.25；②Ls = 0.25 ~ 0.50；③Ls = 0.50 ~ 0.65；④Ls = 0.65 ~ 0.80；⑤最低生活保障0.80。根据P波速度与岩体结构面和完整性的关系，可以看出Kw大或Ls小说明所测岩体结构面少，完整性好。反之，结构面多，整体性差。

表5.2基于特征参数的岩体状态分类

(3)风化系数β

风化系数β是表示岩体风化程度的系数。β值越大，风化程度越高；β值越小，风化程度越低。根据岩体波速随岩体风化而减小的特点，风化系数可用公式(5.12)表示:

环境和工程地球物理学

式中:vP为新鲜岩体的纵波速度；VP风是相似风化岩体的纵波波速。

根据风化系数β，岩体可分为四个等级，见表5.3。

表5.3岩体分化程度分类

(4)衰减系数α

声波在岩体中的传播特性，其波速和振幅随不同的岩体性质而变化。实验表明，声波在不连续面上的能量衰减明显，因此衰减系数α可以反映岩体中节理裂隙的发育程度。它的表达式是

环境和工程地球物理学

式中:Ai为某一增益固定时，参与比较的各试验段的实测振幅，单位为毫米(mm)；Am是参与比较的每个试验段的最大振幅，单位为毫米(mm)；δx是发射换能器到接收换能器的距离，即测试段的长度，单位为厘米(cm)；α为各测试剖面中介质振幅的相对衰减系数，单位为cm-1。

由式(5.7)可知，当Ai=Am时，相对衰减系数α为零，说明该段岩体在参与对比的试验段中质量最好；Ai越小，α越大，说明该段岩体质量越差。根据这一原理，衰减系数可以作为岩体分级的指标，也可以用来确定工程爆破引起的围岩破裂的影响范围。

根据工程地质调查和试验，可综合分析上述参数，对岩体进行整体分类和评价(表5.4)。

表5.4弹性波参数和岩体类型特征

5.5.4.3围岩应力松弛带的确定

在平硐壁应力降区，岩体裂隙破碎，波速降低，振幅衰减较快。相反，在应力增大区，应力集中，波速增大，振幅衰减缓慢。因此，可以通过声波速度随井深变化的曲线来确定松弛带的范围。

野外工作是垂直于平硐壁布置若干组测量孔，每组有1 ~ 2个测量孔，孔深为平硐直径的1 ~ 2倍。在一个剖面上测孔时，应尽量选择地质条件相同的方位，以降低资料解释的难度。为保证换能器与岩体的良好耦合，侧墙钻孔可向下倾斜5° ~ 10°。由于向上钻孔，拱顶处应采用止水设备。测试可采用单孔法(一炮两初至折射波法)或双孔法(直通法，逐点同步测试)。首先在测量孔内注满水作为耦合剂，然后从孔底到孔口(一般20cm)测量声速。测试结果可以用绘制波速随孔深变化的VP-L曲线来解释。

图5.33显示了单孔测试方法和几种常见的VP-L曲线类型。其中，vPv0曲线(曲线1和2)表示没有弛豫区；靠近平硐壁的vPv0曲线(曲线3和4)和vPv0多峰曲线(曲线5)表明应力松弛区的存在。在解释中，弛豫区的厚度由VP-L曲线中点的坐标L1值决定。

图5.33测试布局和普通VP-L曲线

声波检测方法

(1)工作模式

在岩石声波检测野外工作中，应根据测试的目的和要求，合理布置测网，确定仪器距离，选择测试参数和工作方法。

测网布置应选择有代表性的地区，力争用最少的工作量解决更多的地质问题。一般测点应布置在岩性均匀、表面光滑、无局部节理裂隙的地方，以避免不均匀介质对声波的干扰。设备的距离取决于介质的条件、仪器的性能和接收波形的特征。

(2)测试方法

表5.1总结并列出了各种测试方法。现有的测试方法分为三类，即透射法、折射法和反射法。这三类有平面测试和孔洞测试。根据情况，使用的振动源可以是换能器发射、锤击和电火花。

由于纵波容易读取，目前主要用于测量波速。在测试中，直接波法(直接穿透法)和单孔初至折射波法(一炮、二炮和四炮)是最常用的(图5.32)。目前，反射波法仅用于钻孔超声波电视测井和水声勘探。陆地上的反射波法还处于试验阶段。

表5.1声学检测方法总结

环境和工程地球物理学

图5.32几种常见野外工作示意图。

大坝声波检测的内容是什么？

大坝声学检测的主要内容应该是大坝是否存在裂缝和空缺口等安全隐患。

声波探测的介绍到此为止。感谢您花时间阅读本网站的内容。别忘了搜索这个网站了解更多关于声波检测软件和声波检测的信息。

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