岩土声波测试技术的应用综述及发展趋势

岩土声波测试技术的应用综述及发展趋势

吴光辉

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摘要：随着我国岩土工程领域的飞速发展，岩土声波测试技术在工程建设中的重要性日益凸显。声波测试技术作为一种非破坏性检测方法，在岩土工程中具有广泛的应用前景。因此，将对岩土声波测试技术的应用进行综述，并探讨其发展趋势，以期为岩土工程实践提供有益的参考。

关键词：岩土声波测试技术；应用；发展趋势

引言

岩土声波测试技术作为一种非破坏性检测方法，在岩土工程领域中具有广泛的应用。近年来，随着科学技术的不断发展，岩土声波测试技术得到了越来越多的关注。因此，将探讨岩土声波测试技术的应用优势，分析其在岩土工程中的重要作用。

1岩土声波测试技术的应用优势

岩土声波测试技术是一种非破坏性检测方法，可以在不破坏岩土体结构的情况下，对岩土体的物理性质和力学性能进行测试。相较于传统的钻孔取样测试，声波测试具有无损、快速、准确的优点，有利于保护岩土体的原始状态，为工程设计和施工提供更为可靠的依据。岩土声波测试技术具有高效便捷的特点，可以在短时间内对较大面积的岩土体进行测试。此外，声波测试设备携带方便，适用于各种复杂环境的现场测试，为工程现场检测提供了极大的便利。声波测试技术采用先进的信号处理方法和数据采集技术，使得测试结果具有较高的可靠性。通过对声波传播速度、波形、频谱等参数的分析，可以准确地判断岩土体的物理性质和力学性能，为工程设计和施工提供可靠的依据。岩土声波测试技术适用于各种类型的岩土体，包括岩石、土体、混凝土等。在不同类型的岩土体中，声波测试技术都可以发挥其优势，为工程检测提供准确的数据支持。岩土声波测试技术无需使用化学药剂或破坏性试验，有利于减少环境污染。此外，声波测试设备能耗低，符合节能环保的理念，有利于可持续发展。

2岩土声波测试技术在国内外重大工程中的应用

2.1在公路工程勘察中的应用

公路工程有个明显特点：工程量大和周期长。利用钻孔声波测试根据现场不同位置进行实测，利用相应的测试仪器获得纵波波速值以判断岩体状态，配合钻探判断岩体完整性、区分岩体单元以及对岩土体中未及时发现的溶蚀洞隙、软弱夹层、岩体破碎带等进行检测，均取得了较好的测试效果。此外，通过剪切波测试，利用获取的岩土体纵横波波速值划分场区内岩土，以对岩土工程勘察内容进行补充和完善，给地基基础处理提供了一定的依据。

2.2在隧道工程中的应用

TBM是全断面隧道掘进机的缩写。在进行隧道建设时，围岩中的“松动圈”被视为隧道设计和评估围岩稳定性的关键指标之一。当洞室被开挖后，洞壁附近的岩体会形成新的裂缝，这些原有的裂缝会逐渐延伸和扩展，导致原始岩石的应力受到影响，从而使应力下降。由于岩体所处的环境、其结构特点和不同的挖掘方法，可能会在不同的位置或岩体中导致不同的卸荷裂隙发育密度和深度。因此，需要通过实地声波检测来确定岩体的松动圈范围和动弹性模量，这将为隧道支撑设计提供关键参数。

2.3在岩溶地区勘察中的运用

运用声波测试技术亦能很好地测得岩溶分布情况。总体而言，灰岩较白云岩密度稍大，因此灰岩纵、横波波速均相对高于白云岩；但灰岩中角砾状灰岩的波速较大，一般灰岩其次，而含有泥质成分的则波速相对较慢。因声波以不同的速度通过气体、液体及固体，因此声波通过有气体岩层（岩溶空间无填充物）时其速度小于含泥及完整岩层，也就是说，同一岩性下前者纵波时差大于后者纵波时差。而且横波均表现为速度增加，时差降低，横波时差降低，纵波时差升高，造成横波时差比纵波时差小。所以，通过横纵波时差的比值可判断岩溶空间是否存在及分布情况，并对充填物特征进行分析。

2.4在水电站坝基岩体检测中的应用

发展清洁可再生资源已成为我国长期发展战略，能源消耗过大，不可再生资源造成的环境污染逐渐加重，我国现阶段大力提倡的发电方式为水力发电。但在建设之前，一定要勘察选址，选择更有利的地形。声波测试技术在水电站建筑工程中的应用，指出基于水电站的设计，确定了垂直应力的影响范围，也就是声波检测实际应用范围，并在计算完毕后进行了现场测试。在水电站的勘测范围内布置了多条横向和纵向的勘测线，共设计了20个对跨孔，分别位于左、中、右三排，并展开声波测试，同时在中排孔内，进行了岩芯的取样、钻孔产生的声波以及孔内的变形模量等相关试验。检测时纵向的完整性由单孔声波检测，横向的完整性由跨孔声波检测。在数据处理时，根据声波在岩石中传播时，其能量也必然在传播过程中发生耗散，但其变化规律在同一介质中保持不变，当声波的振幅和频率出现显著变动时，这意味着岩石的结构正处于一个非常不稳定的状况中。检测中发现，在1m的孔口范围内，声波的变动并不明显，但当声波的传播距离超过2.5m后，其传播表现出了显著的规律性，这表明金沙江水电站的坝基岩石地质结构是相对稳定的。

3岩土声波测试技术的发展趋势

3.1高频高能量声波测试技术

随着材料科学和电子技术的不断发展，高频高能量声波测试技术逐渐应用于岩土工程领域。高频高能量声波测试技术具有穿透力强、分辨率高、测试速度快等优点，能够更准确地获取岩土体的声学参数，为工程设计和施工提供可靠依据。

3.2超声波成像技术

超声波成像技术是通过分析声波在岩土体中的传播特性，实现对岩土体内结构的无损检测。随着计算机技术和信号处理技术的进步，超声波成像技术在岩土工程中得到了广泛应用。未来，超声波成像技术将更加成熟，为岩土工程提供更精确的地质资料。

3.3声波动力学测试技术

声波动力学测试技术是研究岩土体在声波作用下的动力响应特性，从而获取岩土体的动态参数。随着岩土工程领域对安全性、环保性和高效性的需求不断提高，声波动力学测试技术将得到更多关注，并在实际工程中发挥重要作用。

3.4虚拟测试技术

虚拟测试技术是利用计算机模拟方法，对岩土声波测试过程进行数值模拟，以预测和分析岩土体的声波传播特性。随着计算机技术的快速发展，虚拟测试技术在岩土工程中的应用将更加广泛，有助于提高岩土工程设计的准确性和施工质量。

3.5智能化测试技术

智能化测试技术是将人工智能、大数据分析等先进技术应用于岩土声波测试领域，实现对测试数据的实时采集、处理、分析和预测。智能化测试技术具有自适应、高精度、高效性等特点，有助于提高岩土工程测试的准确性和可靠性。

结语

综上所述，岩土声波测试技术在岩土工程领域具有广泛的应用前景。随着科技的不断进步，高频高能量声波测试技术、超声波成像技术、声波动力学测试技术、虚拟测试技术、智能化测试技术等将在岩土工程中得到更广泛的应用。同时，跨学科整合与创新将为岩土声波测试技术的发展提供新的动力。

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