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超声波在地质学中的应用

发布时间:2018-06-22 11:19:24浏览次数:

  超声波检测技术自20世纪60年代发展至今,由于其具有简便、快捷、可靠、经济及无破损等特点,因而在岩土工程中已得到广泛的应用,为工程设计与施工提供了可靠的数据与资料,有效地解决了许多工程实际问题。各种波虽有各自的特点,但也有许多共同的传播规律。声波理论在岩石工程中已经渗透到许多方面。超声波测试是以弹性体为基础。当岩体的尺寸足够大时,作用外力很小时,变形也很小,可以把岩体视为弹性体。超声波可在弹性介质中传播,其传播规律遵循弹性体的运动方程,即波动方程。

  检测仪器采用煤炭科学院开采研究所研制生产的UTA-2000A超声无损分析检测仪。根据井下的具体测试环境和仪器的适用条件,采取岩体表面发-收的测试方式,为了充分反映岩体内部和表面的裂隙发育情况,分别采用以下测试方法:对穿测试法:即将声波发射与接收换能器分别置于岩柱的两侧,超声波由发射换能器发出直达接受换能器。这种方法穿透能力强、测试距离大,主要反映岩柱内部的一些特性。并置测试法:将声波发射与接收换能器分别置于岩柱的同侧,该方法穿透能力相对较弱、测试距离小,主要反映岩柱表面及纵向剖面一定深度的一些特性。耦合方式:为了充分发挥发射换能器的电声效率,将声波能量大量辐射到被测岩体中去,同时若使穿过岩体的声波获得良好的接收效果,一般要求发、收换能器与岩面之间未紧密接触的空间要用另一种介质填补来实现耦合,达到提高传声效率,减少声能损失的目的,为此采用黄油作为偶合剂。在测试过程中,为使声波换能器与岩体(岩石)充分接触,发射、接收换能器黄油涂抹厚薄均匀,换能器的测试人员要用力均匀、适中,保证同等的耦合力,以免造成人为测试误差。

  根据井下生产技术条件,测区及测点的选取应考虑:根据岩体的类别选取几种具有代表性的地段作为测试对象;根据声波仪的实际穿透能力选取合适的岩体(岩柱)尺寸;测试地段应有220V的电源;测试地段围岩比较稳定,确保测试工作安全进行;测点尽量选择在岩性均匀、表面光洁、无局部节理裂隙;测点应远离炮孔位置,避开爆破松动岩块;测点必须采用手提砂轮磨平并清理干净,测点表面无附着物且平整光滑。根据上述几条原则分别在上水平分采区布置8个测区,每个采区上布置414个测点。现场岩体超声波速度测试应尽量减少生产采区爆破震动的影响,测定时尽量与爆破时间错开或先对生产采区较远的采区进行测定。岩样的平均单轴抗压强度均较高,其中以冬云最大1012MPa,次汉白玉次之909MPa,雪花最低438MPa.次汉白玉的岩体完整性较差,冬云次之,雪花完整性最好。雪花大理石在井下分布范围最广,次汉白玉和冬云分布范围较小。

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