声波法
固体中的机械波是声波。
由于这种变形是由线性环境中力的大小引起的，符合胡克定律，因此也可以称为弹性波。
声波探测、浅层地震、面波勘探等都属于弹性“动态测量”技术。
SoundWave检测使用的波频率范围从几百Hz到50kHz（现场原位测试）和50到500kHz（岩石和混凝土样品测试），涵盖声波到超声波频率，但在声学检测领域则称为“声学检测”。
其测试原理与光震勘探相同，但使用频率和恐惧精度均高于光震勘探。
需要说明的是，这里所说的声学检测包括被动声学检测，即不需要振动源的地声检测技术。
12.3.1基本原理
声波检测技术中存在三个声学参数，即声速（通常是波速）、声幅波和频率，可以评估身体介质的性质 目前应用最广泛的是声速，其次是幅度，频率参数的应用也越来越多。
声波可以评估岩体（和混凝土）的特性，还可以提供物理和力学参数，而固体的速度与几何平均尺寸有关。
在声速下的动弹性力学参数中，无限体（大块岩石）、一维杆（防滑球）、二维板（挡土墙）的表达方式不同，边界条件不同。
有必要区分一下
12.3.1.1 固体介质的声速至无穷大
无穷大是指介质的尺寸远大于λ
A是基本声学参数，其物理意义是声波穿过空间T的距离。
所以A=T·C，其中C是声速。
时间T和频率f存在T=1/f，因此A=T·C=C/f。
大，理论和实验证明，当介质的振幅垂直于声波传播方向D>(2~5)λ时，此时的介质可以认为是无限体。
声速是弹性介质振动的传递（传播）速度。
由弹性理论可知，弹性过程的波动方程是由无限固体介质中的应力引起的：
式中：θ为体积膨胀率，
表示波浪声扰动下体积的相对变化； ux、uy、uz 分别为 x、y、z 方向的位移；
； 方程12.6中的第一个方程关于x，第二个方程关于y，第三个方程关于z，加起来如下：
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设计
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式中：E弹性模量为 弹性介质的常数，并且与层状常数 λ 和 μ 有一定的相互作用。
将式（12.8）代入式（12.7），可得： 地质灾害勘查地球物理技术手册 当然，式（12.9）中的 cl 具有速度量纲，表示滚动膨胀率的速度在介质中的传播由输运过程的质点振动引起，即纵波速度的传播，通常表示为 一个。
即：
地质技术手册地球物理学探索的风险
粒子振动的物理过程可以是纵波的传播。
如图 12-6a 所示。
由此可见，质点的振动和传播具有方向性。
垂直方向。
这种波称为横波或横波，它是微量元素的挥发性变化，由方程 12.6 设定 θ = 0 可知：
危险。
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式中：G为剪切模量。
横波质点振动传播的物理过程可用图12.6b表示。
(1)声速和弹性力学参数：由式(12.10)和式(12.12)可知，只要测量纵向和横向声波上升与岩石质量的关系。
在已知岩体密度p的情况下，可以得到岩体的动弹性模量E、剪切模量G和泊松比σ，从而可以估计岩体的动力特性。
因此，动弹性系数可按以下公式计算：
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> (12.14) 和 (12.15) 其中 vP 和 vS 的测量单位为 m/s、p。
以kg/m3计算，E和G的单位为Pa。
(2)用vP/vs来估计岩体的质量：泊松比σ是指岩体的弹性性质，即作用的纵向方向上的相对变形。
应力是指横向（垂直应力方向）的相对变形。
由于泊松比与纵、横向声速之比密切相关，因此常采用纵、横波速之比来反映岩体的性质。
纵、横波速度vP/vs与泊松比σ的关系如表12-5所示。
显然，vP/vs值越大，岩体越“硬”。
经过大量统计，vP/vs大小与岩体完整性如表12-6所示。
表12-5 纵横速度比vp/vs与泊松比σ的关系
表12-6：vP/vs大小与岩体完整性
(3)声波岩体完整性指数：也可用于评价岩石的质量质量 仅使用声速的纵波 例如，《岩体分级标准工程》（GB50218-94）规定，可以利用岩体的纵波速度vPm和岩石的纵波vPr根据声速公式计算岩体完整性指数Kv （12.6）。
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平原岩体比小型滚动岩体含有较少的裂缝和节理。
因此Kv<1。
很明显，它反映了岩石质量的饱满度。
岩体的力学性质可由完整性指数确定，如表12-7所示。
表12-7某工程兵部岩体分级研究
（4）声速与岩性：不同岩石由于结构、矿物成分、产地的差异，由于地质年代和其他因素的不同，声速也不同。
并且由于框架、裂缝等结构因素的影响，它们的健康速度并不是固定的，而是分布在一定的范围内。
表12-8给出了透过几个有代表性的岩体看到的声纵波速度的统计值。
表12-8常见岩体纵向声波速统计值
（5）声速与岩石块体风化：不同风化程度的岩性同样存在明显的声速差异（表12-9）。
以长江三斗坪坝三峡岩体声风化程度和纵波速为例，说明利用纵声波速表征岩体风化的可行性。
休格尼原理为这一机理提供了合理的解释：在弹性介质中，在一定的时间t，波前中所有的点都可以看到新的。
点振源开始振动，t+t前后的球面波包络线组合形成新的波，如此循环 所以当波前面出现裂缝时，裂缝顶部产生的新振动点会继续围绕裂缝传播，形成波的“衍射”。
在绕射过程中，声射线被“拉伸”，声音的时间（声波传播的时间）延长，使视声速降低至岩体风化程度，但对岩体裂缝也极其敏感。
(7)声速与岩体结构的关系：岩体结构可分为四类：整体巨体、卧式骨架、缩小骨架、分散的结构。
声波在块的整体结构中非常快。
后三类结构中，由于岩石本体的骨架和裂隙发育程度不同，声波在这种非均质介质中传播，引起波的反射、折射、波转换等。
不同的波互相干扰， 声音的半径被拉长，使得声速随着结构的复杂程度而降低。
声波的传播还有一个原理，即费马原理。
费马原理指出声波沿着最短、最佳和最便宜的传播路径从一点传播到另一点。
这就决定了不同的岩体结构，声波的传播时间会有一定的规律。
表12-10声速与岩体结构
（8）声速与地应力：声音的影响裂缝将速度称为“间隙效应”。
当岩体受到外部应力时，变形首先涉及裂缝的压实，这可以增加声速。
但当应力超过力极限时，大块岩石中会出现新的裂缝，声速也会降低。
图12-7为4个岩石试块的应力与声速关系实测曲线。
图12-7岩石压力与超声波速度关系
P压力方向； ;S-换能器
根据上述原理，对岩体进行声应力释放处理测量应力释放前后的速度，然后将产生的岩心压入岩石中以测量声音。
可以推断速度和原位力。
12.3.1.2 有限固体介质中的声速
(1) 一维棒的声速：满足下列关系的固体介质的尺寸和均匀度称为一维棒。
即：
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其中：λ为直径，D为一维直径 L 是一维杆的长度。
此时杆轴方向的声纵波速度有如下关系：
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显然
无限体的声速与纵波之差
0.25，
desc>，见式(12.10)，其中σ = 0.2~
(2) 二维板的声速：以二维固体的x、y部分的尺寸。
远大于：方向幅值，z 当方向幅值Lz < λ时，二维板在x、y方向上的纵波速度为：
横波。
声速与几何尺寸无关。
可采用防滑桩、挡土墙等工程管理措施控制塌方。
法向声速的取值和动弹性力学参数的计算应分别采用（式12.8）和（式12.9）。
混凝土常用于抗滑桩。
一维反射波法对混凝土质量的声速分级与声波透射法不同，见表12-11。
差异的原因是反射波使用的声波频率约为1kHz（约A=4m），对应于一维棒的纵向声波速度，而声波传输方法使用频率。
约30kHz（约λ=0.13m），相当于无限体的声速。
表12-11测量混凝土板的声速分级
12.3.1.3反射、折射和波型转换声声波
声波在固体介质中的反射、折射和波转换是岩石和混凝土体检测的重要理论基础。
(1)法向入射时的反射和透射：当固体介质不连续时，如阻碍波的界面（阻碍波的定义是介质密度ρ与声速c；即Z=ρc)，如图12-8所示，如果声波传播的声线垂直于x=n的界面，则为垂直入射。
在该界面处，产生振动速度v和声压P的质点具有连续的声压和连续的振动速度，如下：
图12- 8 入射声波、反射、透射（平面波）示意图
地质灾害地质灾害地球物理技术手册 勘探
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式中：P、v为声压振动为入射声速；P1、v1为反射声速 将受阻波Z=ρc的关系代入上式，可得： 手册
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(12.22)中的RP为声压反射系数，(12.23)中的Rv为振动速度反射系数。
他们从不同角度解释了声波反射的同一物理现象。
同理可求出声压系数。
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垂直反射比较简单，不会产生转换型波。
(2)斜入射反射、折射、波转换型：在阻挡波界面处，如果入射声波不是直接入射，则会返回反射、折射、波转换型。
(a) 纵波斜入射； (b)横波斜入射
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反射和折射定律斯涅尔定律为（12.25）：
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式中：αl，
图中βl和βt的含义 如图12-9和图12-10所示。
由式（12.25）可以得到一个重要的入射角，称为第一临界角αi：
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该公式解释：由于波的纵向入射角等于第一临界角，因此声速高于第一介质层的第二介质层的折射角等于90°，即是。，折射波在中间表面的第二层滑动。
(3) 斜入射反射和折射系数： 图 12-9(a) 斜入射纵波反射系数 RP (如公式 12.27)，而图 12-9(a) 中的声波则为斜入射反射系数 RP (如式 12.27)。
12*。
10(a) 透射系数RT（如式12.28）：
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Z1= (12.27)和(12.28)中的ρ1c1、Z2=ρ2c2分别是上部和下部仪器的升力阻抗。
(4)声波的衍射与色散：声波的Hugen衍射原理，前面已经讲过，可以解释一下，不再重复。
声波在介质中传播。
例如，介质中含有随机分散的具有不同波阻抗的颗粒，这些颗粒的几何尺寸为r<λ（λ为波）。
声波将被这些粒子反射。
散射导致声波传播得不够远，从而导致声功率损失。
12.3.1.4 声波的振幅和声波的衰减
声波的传播是振动质点的传播过程，振动质点在这个过程中振动的振幅是声波的“幅度”，由于声音的振幅随着粒子的振动而相互碰撞，因此声波的衰减明显随声音介质的材料、结构和频率而变化。
中、高频声波会很快衰减
声波的振幅 A 与传播距离有如下关系：
危险。
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式中两个：Am为发射点声波振幅，α为声波衰减系数，l为传播距离。
式(12.29)适用于平面波，式(12.30)适用于球面波。
12.3.1.5 频率声波的特征
从检测几个波而没有不同频率的波所发出的脉冲声波的傅立叶变换可以看出。
随着岩体中传播距离的增加，或由于岩体中裂隙不同程度的演化和风化，接收到的电流波的高频信号迅速衰减，导致接收到的信号的主频率（常以最高强度）减少。
因此，接收到的声信号的频率特性可以反映岩体的性质。
12.3.1.6 声发射现象与凯泽效应
当岩石质量受到外力作用时，如地下残余应力，人为或自然应力集中造成岩石。
质量等。
当超过岩石质量的强度时，岩石的内部质量就会被破坏。
这种类型的损坏通常会经历这个过程。
开始时，局部出现小裂纹，随着外应力增加到一定程度，又出现一些新的裂纹。
在上述过程中，岩石质量受到力的破坏，每当发生破裂时，力就被释放并转化为脉冲波，即声脉冲，称为“声发射”。
每个声发射事件都是一个声发射“事物”。
声发射现象产生的脉动声波的图像非常丰富。
因此，只需在距离声发射点几米的地方就可以测量到外部接收到的声发射信号。
根据接收到的声发射事件的数量、单位时间的事件数量以及声强度的幅度。
发射信号等动态特征，可以判断岩石质量是否不稳定。
凯撒还在岩体的声发射现象中检测到了一种特殊的效应，称为“凯撒效应”。
理想情况下，将整块岩石从岩体中取出，放入材料试验机中缓慢施加压力。
在施加的压力不超过历史上经历的应力之前，不会发生声发射。
首先，加压后声发射开始之前的压力水平是岩体在其历史上经历的最大力。
12.3.2 观测方法
检测声波的整个过程如图12-11所示。
今天的声波探测器都是数字化的。
图12-11声音检测（主动）基本框图
（1）声波发射：传统声波仪器内压电换能器的逆压电效应将电脉冲信号转化为机械振动，声波传播到岩石本体，传输距离在10m以内（频率20-50kHz）。
为了增加穿透距离，声波工具还可以利用电火花、电锤等单一瞬态振动激励源向岩体发射声波（频率低于3kHz左右）。
(2)声波的接收：传统的声波仪器一般利用换能器中的压电效应，将通过岩体传播的声波信号转换成通过岩体传播的电信号。
(3)A/D放大与数据采集：见图12-11。
传感器发出的信号首先经过接收放大系统适当放大，然后再经过A/D数据采集系统放大。
。
最终信号由A/D转换器转换成模拟信号。
然后这些离散的二进制数字信号被发送到微型计算机传感器并显示在计算机显示器上。
目前，高端声波检测器可以自动判读并显示第一波振幅和第一波到达时间（即声音）。
时间），同时在屏幕上显示波形。
接收到的波形、幅度、发声时间等可以存储在计算机硬盘或软盘上，以便进一步分析和处理。
所提供的声波信息可借助特殊的数据和信息程序来评估被测介质。
（4）被动声波探测：岩体中的声发射信号和蠕动体滑动产生的摩擦声信号统称为“地声信号”。
这些信号的接收过程与图12-11基本相同，只不过没有水声传输系统，而是多通道接收（三个以上），称为无源声波检测。
另一个重要的区别是计时系统需要地声脉冲发生的时刻。
同时，需要对地声脉冲信号的最大频率和幅度进行量化，然后进行存储和存储，以计算地声频率。
预测 无源声学探测器必须长时间连续工作并提供连续的观测记录。
大尺度地声学是地质灾害勘探方法之一，对于研究灾害地质演化规律具有重要意义。
12.3.3 检测方法
根据检测对象和检测目的，声学检测方法有很多种。
传输法
12.3.3.1 传输
传输法是发射声波通过被测介质传输，然后被接收换能器接收的测试方法。
(1)表面测试：如果需要在实际位置测试已知的岩体和混凝土的内部结构、缺陷和力学性能，且目标体有裸露表面，可采取对策使用时，如图12 -12(a)；
地面测试通常用于地下洞穴、隧道、边坡、大型桥梁等，如图12-13所示。
图12-12测试面示意图
I—声波探测器； T——发射传感器； M——探测介质
图12-13面声测试示意图
1～3-隧道和洞穴。
4-Pere类桥
（2）跨孔检查：在两个按一定间距的钻孔中，放置发射振源和接收换能器，如图12-14所示。
具体方法包括同步提升试验方法，图12-14(a)；
跨孔试验用于确定块体岩石、岩溶的破碎带以及孔间滑动带（床）； 此外，跨孔检测还用于抗滑桩、挡土墙等地质灾害防治工程的工程质量检验。
如图12-15所示，在钻孔的地面旁边敲击，并在接收孔中使用探测器（或压电换能器）的三个部分。
可以通过水平敲击木板来测量形成的剪切声波速度，可以通过直接在地面上敲击木板来测量纵向声波速度。
地面钻孔测井可用于测量动态地层参数、划分地层、检测塌陷以及滑坡床（带）的位置和物理特性。
图12-14声孔测试示意图
T-传输振动源； H-Borehole
12.3.3.2 折射法一孔一发射器二收集接收器
如图12-16所示，换能器T接近振动点，因此始终是满足第一个临界角 90° 的直线，并且无线电波穿过洞壁。
声速vP为：
图12-15声孔测试示意图
I—声速计; - 安全气囊壁； M——岩体； 接收换能器； 块状岩石； H孔孔
图12-16声波测井一孔一发两收原理
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单发射双接收声波测井用于评价岩体风化壳的类型和强度、深部结构等。
层、结构面 弱，与埋藏深度和断裂带发育有关。
单发射双接收声波测井需要注意的一点是，通过折射穿过孔壁的波，接收换能器R1也可以接收到直接传播的声波。
在一口流淌的井里。
由于岩体的声速大于井内流体的声速，因此只需增加换能器换能器T与接收器换能器R1之间的距离L（L称为源距离）即可实现这一目的。
通过计算可以得到最小源距离Lmin，其关系式为：
(12.32) 式中，D为钻孔直径； 良好的液体；
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（12.31）讲解换能器和双换能器立柱直径。
和确定距离的来源，适用的钻孔直径被限制在一定的延伸范围内。
用其进行钻孔试验前，应按式（12.31）检查孔径是否合适。
12.3.3.3反射法
图12-17为桩（或混凝土挡土墙）反射波试验示意图。
用锤子或棒的力敲击棒的顶部会产生入射波T，并且在棒的底部（或缺失的F）产生反射波R（R'）。
接收传感器T依次接收直达波D、缺反射波R′和桩底反射波R，即可记录系列仪器的检测结果。
附加记录的波可用于确定桩是完美的还是有缺陷的，以及桩体内混凝土的声速，并且可以从混凝土中的缺陷和从混凝土中的缺陷收集质量（力水平）。
地点。
声速
图12-17桩（墙）反射波测试
I—仪器； 传感器; 事件波； 次元棒。
根据这一原理，还对地下连续墙和挡土墙的完整性和深度进行了测试。
以此类推，波浪法的“无”偏移考虑也可以在地下隧道开挖掌子面前的岩体破碎带、岩溶洞室等地质体中得到不公平的证明事件。
12.3.3.4 岩石样品声波测试
（1）岩石样品（标本）声波测试的目的。
岩石样品通常通过岩心钻探或工程现场取样获得。
岩石试验的目的是：获得无结构面的整体岩石声速，作为评价岩体完整性的基础数据； 谁是历史专家；
(2)岩石样品几何尺寸和测试频率的选择。
岩石的几何尺寸很小。
为了获得无限体的声速，必须使用高频换能器来测量纵向和横向声波的向上和向下的速度。
读取起始频率按2.1.1(B)规定D≥(2～5)A。
因此，声换能器的频率应在200～1000kHz之间，测量声音传播时间的仪器分辨率应达到0.1μs。
表12-12各种声学检测方法汇总
(3)岩石样品的工艺要求见原地质矿产部《岩石物理力学性能检测规程》（1986年12月颁布）。
12.3.3.5各种声波检测方法
由于检测目的不同，声波检测的实验方法有很多种，检测方法的种类也很多。
表 12-12 总结了各种声学检测方法。
12.3.4信号处理
我的声波探测器基本实现数字化，处于国际领先水平。
数字化的实施加速了标志处理技术的提高。
信号处理技术已在许多方面得到应用，并开发了相应的处理软件。
(1)为了研究声波信号的频率特性，声波检测中常用的是傅里叶频谱分析变换技术，并有相应的软件可供用户使用；
（2）采用数字滤波软件对干扰信号进行滤波和滤除；
（3）综合处理对接收信号进行积分运算，将振动加速度信号转化为振动速度信号并排除接收信号（直波和反射波）；
（4）多点滤波滤波器将信号点i=0,1,2,3, （i=0, 1、 2, 3, N) 与相邻的 i+ 呈数字系列。
将分频信号i+n的n个幅度之和的值作为第i点的幅度值，目的是消除噪声和增大信号幅度的波动点以校正噪声； -噪声比，消除随机噪声。
大部分软件是从设备上的信号处理器安装的，可以轻松调用。
12.3.5 心理处理
主要目标是利用测得的声学参数及其推导的物理量来评价岩石的结构、物理和力学性质。
体量和混凝土结构强度、完整性等
（2）岩体完整性指数（Kv）：
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式中：vPm为岩体纵波波速[km/s]，vPr为岩石试件纵波波速[km/s]。
根据《体量工程岩石分级标准》（GB50218-94），给出了Kv与岩体质量完整性的适当关系，如表12-13所示。
表12-13：Kv分级定性岩石完整性对应表
（3）准岩体抗压能力强度（Fm）：
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哪里：神父。
是岩样强度的单位轴抗压强度。
（4）岩体风化系数（I）：
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式中：
为声波整个岩体的纵波速度；
（5）弹性动态力学参数：测量岩石和混凝土体的纵向和横向声波速度，可得到如下动态弹性力学参数
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地质灾害勘查地球物理技术手册
地球物理技术手册 地质灾害勘查
式中（12.36）至（12.38）：vP、vs为波纵向和横向声速； ρ 密度。
12.3.6 工具和设备
（1）水文地质、工程地质工具见表12-14。
表12-14水文地质、工程地质专用测声仪器一览表
（2）典型超声波（声波）探测器见表12-15。
(3)电振动火花源：为增加声波的传播距离，可采用大功率电火花振动源。
其原理是：给高压储能电容充电4～8kV电压，立即通过电缆释放到水中并释放电极，使水体升到高温并产生激励脉冲声波。
。
他的性格是：精力适中，意志坚定，力气大。
便携式电动振动源的火花功率可达300～700J（焦耳），湘潭无线电厂生产，型号XW5512A。
表12-15典型超声波（声波）探测器
（4）发射和接收换能器：针对不同波声学测试方法需要不同的换能器来满足不同的测试。
表12-16列出了目前生产的各种换能器的名称、主要技术特征、尺寸、连接方法和适用的试验方法。
表12-16最终产品形式的换能器类型
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水文工程测井
测井技术在地下水资源勘探、岩土勘探、矿区水文地质、岩土勘探等方面也发挥着重要作用。
从1957年开始，我国煤炭、地质部门就开始使用电阻率仪来测量矿区含水层位置、入渗率、水井涌水量等。
地球物理测井广泛应用于水文地质和岩土工程研究领域。
中国。
10.3.1检测对象
（1）地下水资源研究
包括城市饮用水、工艺用水、农业节水及地下热水的分配、运动和静力学。
水的储量、水质、可用性等检测。
（2）岩土勘察
包括工程选址，如水坝、发电厂、桥梁、隧道、地下仓库等，项目选线，如铁路、公路、高压线、隧道等工程结构，包括高层建筑的地基、地质结构的勘探， 隧道、斜坡、山脉和建筑物等
（三）矿区水文地质岩土勘查
主要研究矿床所在地及矿体周围地下水的来源、水量和水质。
权威并为矿区采矿作业的设计提供信息。
有关矿区防洪、沉降计划和用水的信息。
（4）其他
包括基础改进； 确定水坝和桥梁支撑等建筑物的稳定性； 检测各种地质环境因素及其变化，如振动、地下水等； 变迁和历史遗迹。
防护、疏浚检测、防护工程等。
10.3.2测井目标
以水文测井为例。
符合地质和标准采矿业《水文测井工程规范（DZ/T0181-1997）》所有以水文、地热地质调查等为目的的钻探作业，特别是无绳钻探，必须进行记录。
测井可以帮助您解决水文地质调查领域的以下问题。
1）创建地质钻探剖面目录，标明地层物理参数并进行地层比较。
可采用的测井技术有常规电阻率测井、自然电位测井、声速测井、自然伽马射线测井、密度测井等。
2）计算地层水TDS（总溶解固体，原称为盐度），以及地层的孔隙度和渗透率，确定砂、泥和水的含量，并确定它们之间的差异 咸水和淡水。
可以使用的测井技术包括电阻率测井、井流体电阻率测井、自然电位测井、自然伽马射线测井、密度测井、声速测井、流量测井、中子测井、井径测量、井斜测量等。
3）分离含水层和含水层并确定其深度。
和厚度； 定义洞穴水、孔隙水和裂隙水，并了解含水层之间的供给关系。
可采用的测井技术包括常规电阻率测井、井液电阻率测井、自然电位测井、声速测井、自然电位测井、自然伽马测井、密度测井、温度测井、井流测井、扩散测井等。
4) 测量土壤的流速和方向 水并估计从一口井流入的水量。
可以使用的记录方法有流量记录、扩散记录等。
5）研究流体温度和体积从地热井中提取流体。
可采用的记录方式包括温度记录、流量记录等。
6）测量地下水污染及其对环境的影响。
可采用的测井技术有自然电位测井、井液电阻率测井、扩散测井等。
7）检查钻井技术状况，检查钻井停水和固井质量。
可使用的测井技术包括超声波测井、扩散测井、井径测井、井斜测量等。
8）了解岩石的力学工程参数。
可以采用的测井方法有声速测井、密度测井、井径测井等。
10.3.3 测井方法
以水文测井为例。
根据地质矿业行业标准《水文测井工作规范（DZ/T018-1997）》，原则上所有测井方法均用于实际施工工作中的水文地质和岩土调查，它们往往用于不同的目的； 针对不同地质问题和不同任务的测井方法。
（1）电测井
测量岩石电导率和电化学性质的一套方法，包括常规测井、侧向测井和自然电位测井以及井液测井。
（2）声波测井
一套测量岩石弹性参数的方法，包括声速测井、声幅测井、超声波测井等。
(3)核测井
岩石及其孔隙的测量研究物体核物理性质的一套方法，包括自然 伽马射线测井、密度测井、中子测井等
（四）其他测井
主要研究地层孔隙空间或随钻流体活动特征的一组技术，包括温度测井、流量测井和扩散方法。
测井; 评估钻井技术状态的方法，包括测井孔径、测量井斜等。
10.3.4 测井资料解释与应用
10.3.4.1 定性解释与应用应用
（1）确定岩性
结合各种测井信息，参考岩石的各种物理参数，可以确定岩性。
（2）划分水层
根据多条测井曲线的综合解释，可划分水层，还可划分洞穴水、孔隙水、裂缝水。
您也可以使用一维。
井曲线（例如扩散法曲线）将水层或出口部分分开。
当岩石含水时，其含水量的好坏和所含水的TDS水平会影响岩石的各种性质，测井曲线通常会出现明显的偏差。
在多孔含水层中，视电阻率异常变化很大，自然电位异常通常为负值（图10.3.1），伽马曲线、中子曲线和密度曲线往往显示较低的值。
声音增益曲线经常表现出高异常。
在裂隙含水层中，视电阻率异常为低峰，自然势为负异常或正异常，中子曲线为低峰，伽马曲线为高峰，声波异常为负异常或正异常。
曲线为低峰。
时差。
高值是不正常的。
海绵状含水层中，视电阻率异常呈低值，自然电位呈弱负或正异常，伽马曲线呈高峰，中子曲线呈低峰，声学时间差比较大。
高异常。
（三）了解水力联系
在水利枢纽、水电大坝选址和建设时，分析地下水的形成条件和分布规律。
坝址是评估防水的重要一步。
排水设计的重要依据。
含水层之间或含水层与钻井之间的水力连接是在坝区构建地下水流动系统的关键环节。
扩散和噪声测井是广泛使用的测井技术，用于评估含水层之间或含水层与井眼之间的水力连接。
扩散方法包括：盐扩散法、温度扩散法、同位素扩散法、中子吸收剂扩散法等。
当井液的TDS与地下水的TDS不同时，高浓度溶液中的盐离子扩散到低浓度溶液中。
浓度溶液，引起井液电阻率随时间的变化。
例如，井液盐化后，定期测量井液电阻率曲线。
曲线簇的宽度代表含水层的厚度（图10.3.2）。
一般当地下水入渗率超过1m/天时，扩散法较为有效。
当渗透率小于0.1m/天时，不宜采用扩散法。
图10.3.1测井曲线分离孔隙水层
数字 。
10.3.2 井液扩散法电阻率曲线 ρ0——盐化前井液电阻率曲线，ρ1～ρ6——盐化后一定时间间隔的电阻率曲线； 实测井流体电阻率曲线
图10.3.3是盐扩散法的一个例子，表明底部60~70 m为含水层，水在其中几乎均匀地水平流动。
，以及上段16。
~21 m 含水层中的水向下流至35 m 的深度，上下含水层之间没有水力联系。
图 10.3.4 显示了噪声图的示例。
井内有一根套管。
可以看出，水从C点管道外部流向A、B点进入水层。
（4）评估断层带风化程度。
利用测井技术分离低孔隙率石灰岩等基岩中的裂缝。
常用的方法有：①声波测井利用曲线上出现的周期跳跃现象来识别裂缝。
②密度测井，岩石中裂缝的存在使密度降低。
③天然伽马射线测井，天然裂缝中铀含量高； ④脉冲中子测井，中子俘获截面曲线与自然伽马射线曲线不重合； 这意味着地层中的铀含量增加，表明存在裂缝。
此外，超声波测井可以提供断裂带的直观图像。
图10.3.3盐扩散测量示例
图10.3。
4 噪声测井实例
（5）岩溶识别
超声波测井图像可以清楚地显示井壁和溶洞的破坏位置和程度。
（六）断层解释
对于第四系或砂泥地段，可通过将视电阻率曲线与碳酸盐岩等自然电位曲线或自然伽马曲线进行比较来识别断层; 基岩剖面。
还可以使用自然尺度、密度曲线、视电阻率曲线或声波测井曲线来识别断层。
（7）在区域层面上研究作业区。
收集作业区所有钻孔的扩散数据，以获得区域地图并了解更广泛的水文地质条件。
（八）其他
根据声波速度与应力的关系进行长期监测，了解岩体破坏的前兆。
根据剪切波速与地基强度和变形特性之间的恒定关系，在一到两口井中测量剪切波速，为评价地基动力特性提供参数。
此外，岩体的抗压强度可以根据声波速度的数据估算； 地下洞穴围岩的强度可以使用声波测井数据来估计。
根据电阻率数据，第四纪系统发生进一步分层，从中识别滑动体以预测滑坡。
电测井、核测井和其他数据用于了解岩石和土壤硅化的增加，以及防水幕胶结的影响。
10.3.4.2定量解释及应用
（1）确定水的体积
1）测量流入水的体积。
向钻孔中注入或抽取少量水，测量井内咸淡水界面的运动速度，从而计算出进入井内水层或冲入水层的水量。
井（图10.3.5）。
这种方法比费时费力的抽水、抽水试验要简单得多，因此具有实用价值。
由于没有形成稳定的压力坑，测量结果会与抽水和抽水的结果不同。
这种差异可以通过在正常条件下进行实验来纠正。
有证据表明，当进水量较低时，它们相对较近。
图10.3.5水文测井应用实例
2）含水层间补给量的确定。
当一个井筒穿过多个含水层时，可以利用扩散法了解它们之间的供给关系； 井内流体物理边界的运动速度可用于测量输水量； 通常，在采取分离措施后，分别测量两个含水层之间的补给量。
如图10.3.6所示，井液扩散曲线根据该曲线定义为两层含水层，上层向下层供水。
井液电阻率曲线纵向移动方向。
忽略其他影响，其纵向运动的速度代表井内水的纵向速度，回灌量Q按以下公式定量计算：
地球物理勘察教材井
式中：d为井半径，vh为水流纵向速度；
通过记录测量过程中的时间，可以获得每条曲线的测量时间，并测量纵向位移[图1]。
10.3.6(a)]。
将各设计点的纵向流速代入上式，计算注入量Q，并绘制沿井轴变化的流量曲线[图1]。
10.3.6(b)]。
轴流曲线的斜线a和b代表吸水层的位置。
图10.3.6盐化后井液纵向排量曲线(a)和轴流曲线(b)
（2）渗透率计算
渗透率是反映岩石水渗透能力的参数，用于计算地下水流量。
根据达西定律，渗透率等于单位水力梯度的渗透率，即：
测井课
式中：I——水力坡度，尺寸单位，v——贯入速度； 这是层流条件的公式，可以在流速较低时使用。
对于溶洞中的大裂缝和水，方程（10.3.2）可改写如下：
地球物理测井教程
对于压裂水和在砾石中移动的水，方程(10.3.2)可以改写如下：
教程地球物理 测井
公式 其中：m为经验参数，取值范围1～2。
也可以参考油气测井评价方法计算渗透率。
渗透率与岩石的孔隙结构有关，即孔隙尺寸和孔隙几何形状。
对于骨架颗粒分布较为均匀、均匀的砂岩，孔隙结构与粒度分布密切相关。
实验分析表明这种岩石类型的渗透性随着平均颗粒尺寸的增加而增加。
由于影响渗透率的因素复杂，测井只能提供近似结果。
实践表明，从GIS数据中获得的参数是现有计算方法中最好的近似值。
（3）孔隙度计算
计算时可以使用前面介绍的石油测井孔隙度计算公式，例如岩石孔隙度计算公式矿物质成分。
(4) 研究水质
使用观测井中或已知水层上的井。
电阻率测井测量流经井的地下水的电阻率，以获得等效的电阻率地下水含量。
在有利的条件下，通过与已知水样的比较，可以进一步了解地下水的成分。
为了了解地下水中放射性物质的丰度，可以利用自然伽马射线测井在严格的仪器校准条件下获得丰度数据。
为了监测地下水质量的变化，可以利用上述两种方法在观测井进行定期长期观测。
（五）储层压力预测
储层压力预测是现代钻井技术（特别是深井钻井）的重要组成部分。
这可以显着提高钻井速度并降低钻井成本。
目前常用的方法有两种：一是监测从井筒返回的钻井液电阻率的变化。
在异常压力条件下，岩石中流体的TDS（以前称为盐度）显着增加，导致其电阻率显着增加。
岩石中钻井液的电导率也会发生变化，通过返回钻井液电阻率的变化即可估算出相应异常压力的深度。
另一种方法是声波测井。
速度。
常压条件下，粘土孔隙度随深度有规律变化，时差曲线沿半对数坐标随深度线性减小，但异常压力条件下，声波线性规律适用； 波时差将被破坏。
（6）计算岩层特性、强度参数和变异参数。
利用声波测井获得岩土研究所需的岩石力学和物理特性。
例如，可以利用声波传播时间差计算岩石弹性系数，包括杨氏弹性模量、体积模量、剪切模量、泊松比、岩体完整性系数、岩性风化系数、断裂系数和非均质性期望系数。
。
松动圈测试仪原理是什么啊？我预习一下
岩土松动区探测器利用不同环境中不同传播速度的超声波来预测周围岩石的损坏情况。松动带探测器广泛应用于地质调查中隧道、煤矿巷道、岩体等松动带的检测。
松动区检测仪可以通过测试岩体的声学参数来分析岩体的内部结构，检测内部岩土损伤。
破碎轮试验本质上是利用不同环境下不同传播速度的超声波来预测对围岩的破坏。
测试对象基于弹性体。
当煤体尺寸较小、外力较小时，相应的变形也较小，可以将煤体视为弹性体。
超声波是由音频设备的发生器产生并施加到发射换能器的高压电脉冲。
发射传感器被激励，产生临时振动信号。
振动信号在发射换能器和碳体之间传输。
穿过岩体环境传播，从而将煤体内部信息传输到接收传感器。
接收换能器将接收到的振动信号转换为电信号并发送给超声波换能器。
经过超声波换能器放大处理后。
波穿透参数如声波时间和波穿过煤体的速度。
根据弹性理论，通过弹性力学空间问题的静力学方程，由弹性波的波动方程可以得到超声波的纵向速度与介质的弹性参数之间的关系。
岩土工程检验与监测
岩土工程的检查监测主要有两个任务：一是控制岩土工程施工质量，二是了解岩土工程的效果，为岩土工程的进一步使用提供依据； 岩土工程试验与岩土工程勘察阶段的试验有着明显的异同。
相同之处在于两者都需要通过试验试验来定量了解工程岩土体的工程特性，不同之处在于前者试验的对象是加固前的岩土体，目的是为岩土工程设计提供依据； 最后，测试对象为处理加固后的岩土体，目的是控制岩土工程施工质量和检验施工处理效果。
从两者的相似性可以看出，岩土工程检测中的许多试验方法与岩土工程勘察中的试验方法是相同的，例如岩土体原位静载试验，都是检测岩土体承载力的试验方法。
岩土工程勘察中的基土层是承载能力的重要试验方法之一，也是岩土工程勘察中检测加筋复合地基、桩基础的重要方法。
但处理加固后的工程岩土体与处理加固前的岩土体会有显着差异。
和功能组件。
例如，在支撑洞穴周围的岩石时，可以使用锚索加固周围的岩石，并可以建造一层混凝土进行支撑。
目前，岩土工程检测必须测试锚索对围岩的锚固力是否能够满足设计要求，还要测试混凝土层的质量是否能够满足设计要求。
又如，当由于地基土不能满足上部结构对地基变形或承载力的要求而采用桩基时，岩土工程检测必须对桩基的承载力和完整性进行检查和试验，以确保桩基的承载力和完整性。
桩基可实现设计功能。
可见，岩土工程检测中的实验测试往往需要延伸到工程岩土体之外。
除了岩土工程勘察中的常规检测外，岩土工程检测中经常进行的监测检测工作主要包括桩基检测、地基变形观测、边坡变形监测、地下洞室围岩等。
观察等
1. 桩基试验
随着城市建设规模的不断增大，利用桩基来增加地基土的承载力已成为常见的工程解决方案。
桩基试验的主要包括桩基承载力和桩身完整性。
护坡桩、抗滑桩需要进行水平阻力试验，有时还需要进行拔桩试验。
但大量的试验主要是针对桩基承受上部结构荷载的竖向承载力进行的。
桩基检测的主要方法有岩心钻探、静载试验、高应变变化试验、低应变变化试验和声传输试验等。
静载试验是工程地质试验中的常规方法之一，也是检测桩基承载力最直接、最可靠的方法。
然而，负载测试方法既昂贵又耗时，并且只能进行少量的地方测试。
尽管近年来出现了奥斯特伯格测试桩的新方法，但仍然受到成本的限制，难以达到理想的检测率。
因此，简易桩基动力测量技术在工程检测中得到了推广和应用。
现代桩基动态测量技术是基于波动理论发展起来的。
在 20 世纪 30 年代，D.V. Isaacs首先提出用一维波动方程来描述桩顶受到打桩锤冲击后波沿桩体的传播。
1960 年，E.N. 史密斯发表了著名论文《打桩分析的波动方程方法》，将波动方程分析方法带到了实用水平。
1972年，湖南大学周光龙教授提出了桩基动力检测动力参数法，推动了我国桩基动力检测方法的研究。
动力试验方法既能检测桩基承载力，又能检测桩身完整性，克服了荷载试验只能检测桩基承载力的局限性。
高应变测量采用自由落体锤（锤的重量应大于桩极限承载力的1%）冲击桩顶，产生沿桩身长度传播的应力波。
桩。
桩中桩采用加速度计和力传感器测量桩顶附近区域的质点振动加速度和桩体应力，并利用波动方程进行分析拟合得到。
桩体各部分的轴力和桩侧摩阻力。
使用较轻的手锤进行低张力试验，刺激桩头波动，根据桩基的振动和安装的传感器测得的波动信号来估计桩基的承载力和桩身的完整性在堆的顶部。
声传输方法常用于大直径桩基的质量检测。
声波试验前，应根据桩截面尺寸对称植2～6根钢管，并保证钢管相互平行。
测试时，发射探头在管内一定深度处发射超声波，接收探头在对称钢管内相同深度处接收穿透波信号，从而测量桩料的声速。
根据声速的大小和变化可以评价桩体的质量。
2. 基本变形和边坡变形观测
变形观测的主要任务是对被测目标上设置的观测点进行频繁的重复观测，以获得观测点的精度。
点位置或高程随时间的变化为评价岩土工程施工质量、了解地基和边坡的稳定性以及设计参数的合理性提供了技术依据。
地基变形观测工作主要包括基孔回弹观测、基孔横向变形观测以及基孔开挖对邻近建筑物影响观测、建筑物安放及位移观测、场地安放观测等， ETC。
地基变形的观测主要有以下意义：一是估算地基发生压缩变形的可能性，以改进地基的设计；二是估算基孔开挖和卸荷对邻近建筑物的影响，以便及时采取措施；防护措施是检测支撑结构的稳定性，确保第四项工程的施工安全是通过地基变形观测积累工程经验，为长期地基变形反演分析提供依据；
边坡变形监测包括地表变形监测、钻孔变形监测、边坡岩土体声发射监测。
其中，钻孔变形监测项目主要包括：安置、倾斜、偏转、地下水位或渗流压力等。
边坡变形观测的主要目的是及时了解边坡的稳定状态，为预测边坡稳定性发展趋势、制定边坡岩土管理方案提供依据。
3. 地下洞穴周围岩石观察
地下洞穴开挖前，岩体处于应力平衡状态。
洞穴开挖破坏了原有的应力平衡状态，随着围岩变形的发展，应力重新分布。
实践证明，利用地下溶洞周围岩石观测提供的信息，及时调整施工方案和加固措施，预测和预测危害，是奥新法施工地下工程施工的有效方法和途径。
近年来，基于信息和计算机技术的发展，有人提出了智能岩土工程的新思路，应该说是新奥法的进一步发展。
地下溶洞周围岩石的观测主要包括地下溶洞周围岩石集中度的观测、钻孔岩体轴向和侧向位移的观测、锚固应力的观测、锚固力的观测等。
岩体荷载和地下水渗流压力的观测。
阻尼比与含水量的关系
阻尼会消耗能量并抑制振动。
在循环荷载动力学试验中，阻尼比是衡量岩体吸收振动能量能力的重要参数。
周期性动态载荷的作用。
变形关系表现出滞后现象。
这种滞后现象是岩体变形时因内摩擦消耗能量而引起的，反映了动荷载作用下岩体因内阻而造成能量损失的本质。
4.4.2.1阻尼比和阻尼系数的测试原理
岩石本身含有较多的微观缺陷和早期损伤，其变形不具有理想的弹性，导致动态波形。
随着时间的推移在线动态压力和紧张。
不完全匹配，两者总是存在一定的时间差，因此同一振动周期的动态应力应变曲线的加卸载段不重叠，导致对外进行的功存在差异常数。
岩石上的载荷和岩石释放的弹性能，其差值就是岩石耗散的能量。
这种能量耗散是由岩石介质的阻尼特性引起的，工程中一般分为外阻尼和内阻尼两类。
外部阻尼来源于界面与空气、液体等之间的摩擦。
当外部阻尼一定时，耗散的能量越大，岩石的内部阻尼也越大，反映了岩石的内部阻尼特性。
任何形式的阻尼都以振动物体的能量损失为特征。
对于阻尼力为Fd的单自由度线性系统，在t=0时作用有正弦力F(t)=F0sin(ωt)，其运动微分方程可得可表示为：
浅部地区围岩在水荷载作用下变形破裂研究 动力学
式中：m——岩石的质量，kg；
k——刚度，N/mm。
粘性阻尼与岩石材料的应变率或运动速率有关。
假设它与运动速度成正比，则可以表示为：
>
浅部采空区围岩在水和动荷载作用下变形破裂研究
式中，C为阻尼系数，kN·s·mm -1。
将式（4.41）代入式（4.42）可得
浅层断陷区围岩变形破坏研究水和动载荷的作用
设
，则将方程（4.43）的复值简化为公式 est
浅部采空区围岩在水和动力荷载作用下变形破裂研究
其中： ω0——固有频率，Hz；
λ——阻尼比
f(t)——单位质量的强迫振动力，m/s2。
方程（4.44）的特解为
深部低型坯围岩在作用下的变形破坏研究水。
和动态载荷
方程（4.44）对应于齐次微分方程的特点方程可表示为：
水力作用下浅层采空区围岩变形破坏研究负载
其中，
，
。
由于阻尼的存在，即λ≠0，两个特征根的实部不为0，因此式(4.45)等号右边的分母不为0 ，式(4.45)可转化为
围岩变形破坏研究 浅层采空区在水和动力荷载作用下
即
浅层采空区变形破坏研究水和动荷载作用下浅层围岩
取式(4.46)的虚部，可得式(4.41)的特解为< /p>
x*=Xsin (ωt-a) (4.47)
式中：X——振动响应幅度，mm；
a——常数。
式（4.41）对应的联立方程的通解可表示为：
x(t)=A1er1t+A2er2t (4.48)
式中A1、A2为常数。
联立式(4.47)和式(4.48)可得式(4.41)的通解为
水与动荷载作用下浅采空区围岩变形破裂研究
对于带阻尼的强迫振动系统，当t→∞时，式(1) (4.48)中x(t)→0，此时式(4.49)可以用式(4.47)代替，这说明当t足够大时，x(t)可以忽略不计，此时式(4.47)是系统当 t 足够大时产生的稳态振动，是等幅连续振动，是系统对正弦干扰力 的稳态响应。
虽然公式（4.41）提供了粘性振动阻尼的数学表达式，但由于阻尼的复杂性，精确计算阻尼力非常困难，因此可以用等效粘性阻尼来近似。
从阻尼特性可以看出，任何阻尼都会在系统中引起能量耗散，因此可以确定，系统在一个振动周期内用等效粘性阻尼代替所消耗的能量等于克服实际阻尼所消耗的能量。
阻尼力。
假设等效粘性阻尼系数为C，则式（4.42）可表示为：
在作用力作用下浅层区域围岩变形损伤水的作用及动载荷研究
系统在一个振动周期内消耗的能量为
变形研究和损坏 可以得到浅层围岩在水和动力荷载作用下的正弦干扰力下的强迫振动。
稳态位移和稳态速度分别为x=Xsin (ωt-a)
。
因此，一个振动周期内等效阻尼耗散的能量可表示为：
采空区浅部在水和水的作用下动态负载。
形变研究该区域围岩破坏
当实际阻尼力为R时，一个振动周期内阻尼消耗的能量为
弱水和动力荷载作用下采空区围岩变形与破裂研究
基于粘性阻尼耗能假设 系统当量等于克服实际阻尼力所消耗的能量，可得
浅层环境下岩石变形及周边破坏研究水和动载荷的作用
由式(4.54)得出的岩石能量耗散是基于强迫振动载荷频率和 并根据相应的振幅计算测试岩石的阻尼系数。
4.4.2.2折旧率计算方法
图4.23折旧率计算
岩石循环加载应力应变曲线，其卸载截面曲线不沿原加载截面曲线返回，但卸载截面小于加载截面。
加载曲线下的面积是外部荷载对岩石所做的功，卸载曲线下的面积是。
岩石释放的弹性能，即载荷，就是岩石的弹性应变能。
加载曲线和卸载曲线是一条磁滞曲线，即“磁滞回线”，如图4.23所示。
磁滞回线的面积反映了岩石耗散能量的大小及其阻尼特性。
阻尼率可以通过岩石在周期性动加载循环中消耗的能量与该循环中振动系统所保留的最大势能的4π倍之比来获得。
计算公式为：
浅部采空区围岩在水和动荷载作用下变形损伤研究
式中：Δw——一个周期内损失的能量；
w——负载吸收的总能量。
刘建峰等 [86]推导出Δw为磁滞回线AT的面积，w为三角形AOB（阴影面积）的面积AS，因此式（4.55）可表示为：
浅部型坯围岩在水和动力荷载作用下变形损伤研究
补充一下，阻尼系数C可以通过以下公式计算。
浅部采空区围岩在水和动力荷载作用下变形破裂研究
公式：
式（4.56）和式（4.57）表明，阻尼比仅与岩石材料的性质有关，而阻尼系数不仅取决于材料的性质，还受到荷载的影响频率。
4.4.2.3阻尼比、阻尼系数与含水率的关系
图4.24为不同类型岩石样品滞回线的动态应力-应变曲线。
相同的动应力幅度值得相同的环路面积粉砂岩样本一个振动周期的滞后最小，砂岩次之，泥岩最大。
这说明在相同的加载条件下，岩石试件的密度可以代表。
其塑性变形和分散循环加卸载特性造成的能耗。
岩石的密度越低，岩石在加卸载循环过程中累积的塑性变形越大，形成磁滞回线的面积也越大。
岩石的密度越大，则相反。
岩石结构、矿物成分及含量等。
因素的影响。
根据试验获得的循环荷载动应力-应变曲线，分别计算不同岩石类型的阻尼比和阻尼系数。
计算结果如表4.6所示。
岩石的阻尼比和阻尼系数随含水量的增加基本具有相同的变化趋势，即阻尼比随含水量的增加而减小，阻尼系数随含水量的增加而增加。
图4.24样品动态应力应变曲线
表4.6测试不同含水量下试件的阻尼率和阻尼系数
各组岩石试件的阻尼率与含水量的关系如图4.25所示，关系式之间的系数 阻尼和含水量如图 4.26 所示。
图 4.25 阻尼——含水量之间的关系
图 4.26 阻尼系数——水分含量的关系
