話說單孔“一發(fā)雙收”聲波測井

聲測探討與回顧話說單孔“一發(fā)雙收”聲波測井—?引言2004年11月中華人民共和國交通部發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)"公路工程基樁動(dòng)測技術(shù)規(guī)程”JTG/TF81-01—2004，在這個(gè)規(guī)程中的625—6有一段文字‘單孔檢測采用一發(fā)雙收一體型換能器，……?！裁词?一發(fā)雙收一體型換能器"，它有什么用途？這就是本文所要論及的。二.一發(fā)雙收換能器的結(jié)構(gòu)圖1是軟連接一發(fā)雙收圖1.軟連接“一發(fā)取收w換能器外形，圖2是硬連接7L一發(fā)雙收換能器的外形。圖1.軟連接“一發(fā)取收w換能器外形，圖2是硬連接7L一發(fā)雙收換能器的外形。禺2*硬連接*?一發(fā)戲收F它們都是由一個(gè)發(fā)射換能器，發(fā)射換能器T至接收換能器和兩個(gè)接收換能器組成如圖3。R］間的距離為L,稱其為"源距”；接收換能器R］與接收換能器R2間的距離為乩稱其為"間距"。對于上述換能器的要求是：徑向無指向性、軸向亦應(yīng)無指向性；發(fā)射功率要大，要有足夠的接收靈敏度。三.一發(fā)雙收換能器的工作原理tit-fk-tlALAL=疋圖彳.一發(fā)雙收工作原強(qiáng)工作原理由圖4加以說明。當(dāng)一發(fā)雙收換能器置于巖體或混凝土鉆孔的中心，發(fā)射換能器T輻射的聲波，滿足入射角等于第一臨界角的聲線，在巖體或混凝土孔壁的聲波折射角將等于900，即聲波沿著鉆孔孔壁滑行，然后又分別折射回孔中，由接收換能器R1和R2分別接收（所以可稱其為折射波法）。于是可有：△t=t2_t1 ⑴Vp二4/址 (2)上兩式中t2為T傳播到R2的聲波傳播時(shí)間；J為T傳播到R1的聲波傳播時(shí)間；Vp為孔壁介質(zhì)的聲速。由聲學(xué)理論可知，這個(gè)聲速只反映沿孔壁一個(gè)波長范圍內(nèi)的聲速。顯然，換能器的頻率選得低一些，也就是波長長一些，單孔一發(fā)雙收聲波測井所測得的范圍要大一些。如：一發(fā)雙收換能器的頻率為30kHz、混凝土的聲速為4500m/s時(shí)，波長入二0.15m，這時(shí)可以測出范圍是：鉆孔中心0?4m范圍內(nèi)鉆孔孔壁介質(zhì)的聲速（假定鉆孔直徑為0.1m）四關(guān)于源距L和間距4由圖4可見，J和t2都包含了聲波在鉆孔井液內(nèi)及混凝土（或巖體）中的傳播時(shí)間，好在通過（t2-t］）后井液中的聲時(shí)便完全抵消了，便只保留了聲波由％傳播到R2的聲時(shí)?？墒遣灰?，聲波還會(huì)由發(fā)射換能器T直接在井液中傳播到接收換能器％。好在混凝土或巖體的聲速遠(yuǎn)高于井液的聲速,所以只要源距L足夠大，使聲波在混凝土或巖體中傳播距離也足夠大，也就是使t1小于由井液中傳播的時(shí)間tw。這樣，單孔一發(fā)雙收測試才1w能成為可能。于是，便有一個(gè)最小源距的問題，也就是要求：Lt二min>t （3）wC1w（3）式中tw為發(fā)射換能器T發(fā)射的聲波由井液傳播到$的聲時(shí)；Cw為井液的聲速；Lmin

為滿足（3）是的源距，即最小源距。通過計(jì)算（略）最小源距的計(jì)算公式如下：4）L=2S4）min（4）式中Lmin為最小源距二CW:井液聲速、CR:巖體或混凝土最低聲速（可取CR二1800m/s）；D為鉆孔直徑；d為“一發(fā)雙收"換能器直徑。由此可見并不是任何一個(gè)"一發(fā)雙收”換能器都可以在任何孔徑的鉆孔中施測。一個(gè)制造好的“一發(fā)雙收”換能器其外徑d、源距L均已固定，故其適用的鉆孔最大直徑也就固定了。至于間距4，是由檢測的垂直分辨率來決定的（例如湘潭市無線電廠生產(chǎn)的“一發(fā)雙收”換能器間距為20cm,源距為30cm）五.“一發(fā)雙收”的用途由“公路工程基樁動(dòng)測技術(shù)規(guī)程”JTG/TF81-01—2004的條文說明6.1.1最后一段論述:“單孔折射波法（即單孔“一發(fā)雙收”測試－筆者注）是根據(jù)公路橋梁對樁基的質(zhì)量要求，檢測鉆芯孔孔壁周圍的混凝土質(zhì)量。”可見用這種聲波檢測方法，是用來檢查基樁抽芯后是否發(fā)生誤判的一個(gè)補(bǔ)充檢驗(yàn)。但是，單孔一發(fā)雙收聲波測試的用途還很多，分述于下:1?巖體因施工引起的巖體松動(dòng)范圍檢測；2.巖體灌漿補(bǔ)強(qiáng)效果檢測破碎的巖體，可以用打鉆孔注漿（水泥砂漿、化學(xué)漿）的辦法將其膠結(jié)來提高強(qiáng)度，但效果如何？可用單孔一發(fā)雙收測試法加以檢驗(yàn)。圖5是某工程，巖體破碎，灌漿前后在兩個(gè)檢測鉆孔內(nèi)檢測的對比結(jié)果，由灌漿前，及灌漿后7d,28d的單孔"一發(fā)雙收”檢測結(jié)果，可見聲速是升高了，可以判斷灌漿效果是理想的。串漕訂＜1圖工?-發(fā)雙收程豔羽體灌漿補(bǔ)強(qiáng)效圖丄方休課部斯星破昭帯檢測串漕訂＜1圖工?-發(fā)雙收程豔羽體灌漿補(bǔ)強(qiáng)效圖丄方休課部斯星破昭帯檢測3?巖體斷層破碎帶的檢測結(jié)果見圖6，巖體破碎帶的聲時(shí)會(huì)增大，且波動(dòng)厲害，由此可判斷出出斷層破碎的埋深及規(guī)模。4?巖體風(fēng)化殼的檢測與評(píng)價(jià)表1的數(shù)據(jù)，是長江三峽三斗坪壩線，用單孔“一發(fā)雙收"聲波測試了幾十個(gè)鉆孔后，統(tǒng)計(jì)出的巖體風(fēng)化程度與聲速關(guān)系的統(tǒng)計(jì)值。由此可劃分巖體的風(fēng)化程度，且做出評(píng)價(jià)。表1風(fēng)化巖石縱波聲速值（波速單位km/s