張子森

摘 要：?jiǎn)慰茁暡ㄌ綔y(cè)是通過(guò)探測(cè)聲波在巖體內(nèi)的傳播特征來(lái)研究巖體性質(zhì)及其完整性的物探方法。由于受到野外工作條件的限制，加之聲波測(cè)試人員對(duì)測(cè)試原理、規(guī)范不了解，局部或整體波速的測(cè)試數(shù)據(jù)出現(xiàn)了異常。這些測(cè)試結(jié)果對(duì)評(píng)價(jià)巖體的完整性、質(zhì)量等造成了一定的影響。因此，結(jié)合飛鳳山滑坡勘查的實(shí)測(cè)聲波和鉆探資料，從測(cè)試的操作方法、儀器參數(shù)的選擇、試驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理等方面分析了測(cè)試異常問(wèn)題，對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討，并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)慰茁暡y(cè)試；傳播特征；物探方法；實(shí)測(cè)聲波

中圖分類號(hào)：TV223.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.014

聲波速度是反映巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)指標(biāo)。單孔聲波測(cè)試是巖土工程勘查的重要原位物探測(cè)試項(xiàng)目，具有操作方便、安全性高的優(yōu)點(diǎn)，已成為解決巖土工程領(lǐng)域相關(guān)問(wèn)題的有效手段之一。采用單孔聲波測(cè)井，可利用縱波速度確定松動(dòng)范圍、劃分風(fēng)化帶、評(píng)價(jià)巖體的完整性、解釋軟弱夾層或破碎帶、計(jì)算巖體相關(guān)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)等。

1 項(xiàng)目概況

本次單孔聲波測(cè)試異常分析以飛鳳山滑坡勘查為例，項(xiàng)目所在地位于四川省廣元市利州區(qū)八二一廠內(nèi)的擬建飛鳳山低中放固體廢物處置場(chǎng)南側(cè)邊坡。強(qiáng)降雨導(dǎo)致飛鳳山邊坡失穩(wěn)下滑。在對(duì)飛鳳山的滑坡勘查工作中，采用單孔聲波測(cè)試方法對(duì)巖體波速進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)巖體的完整性、質(zhì)量等相關(guān)工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行了研究。

在此次單孔聲波測(cè)試中，遇到了一些問(wèn)題，比如采樣參數(shù)設(shè)置不合理、因測(cè)試孔未清洗而導(dǎo)致耦合水體混雜、人為操作不精確、首波判別不正確等。因此，筆者闡述了單孔聲波測(cè)試的原理、異常問(wèn)題及其處理措施等，并提出了相關(guān)的方法和建議，從而提高勘查水平。

2 單孔聲波的測(cè)試原理

聲波在巖體中的傳播遵循彈性波的傳播規(guī)律。聲波在巖體中傳播時(shí)，在界面上會(huì)產(chǎn)生波的透射、折射和反射現(xiàn)象。

聲波儀由發(fā)射裝置和接收裝置兩部分組成。發(fā)射裝置即發(fā)射換能器（T），接收裝置即接收換能器（R1和R2）。孔內(nèi)滑行波以臨介角i入射井壁，并產(chǎn)生滑行波沿孔內(nèi)耦合劑（水）傳播。由于聲波在鉆孔內(nèi)耦合劑（水）中的速度小于在巖石內(nèi)的傳播速度，因此，滑行波最先到達(dá)R1和R2?；胁ㄐ纬尚盘?hào)波形的初始起跳一般稱為“初至（首波）“，如圖1所示。

本次飛鳳山滑坡勘查單孔聲波測(cè)試使用RSM-SY5（T）一發(fā)雙收聲波檢測(cè)儀。R1與R2之間的距離l為0.2 m，T與R1之間的距離L為0.4 m。

3 單孔聲波測(cè)試異常問(wèn)題分析

根據(jù)飛鳳山滑坡勘查多個(gè)鉆孔聲波測(cè)試結(jié)果分析可知，波速只有在巖體結(jié)構(gòu)與巖性有明顯變化的試段會(huì)產(chǎn)生明顯變化，因此，整個(gè)測(cè)試孔的巖體結(jié)構(gòu)與巖性的明顯變化是局部的。從整體看，在全孔數(shù)據(jù)中有2種異常現(xiàn)象：①波速曲線沿孔深軸整體異位；②波速曲線沿波速軸整體下降或上升。根據(jù)野外實(shí)際測(cè)試和室內(nèi)數(shù)據(jù)處理，總結(jié)出了以下4種造成數(shù)據(jù)異常的原因。

3.1 儀器采樣參數(shù)

在測(cè)試前，必須進(jìn)行儀器的校正和參數(shù)設(shè)計(jì)。一旦設(shè)置錯(cuò)誤或參數(shù)不準(zhǔn)確，則造成聲波曲線整體上升或下降；如果移距、增益的設(shè)置不合理，則易導(dǎo)致聲波曲線整體上升或下降。

3.1.1 移距

R1與R2間距離即移距，因此，移距應(yīng)為0.2 m。由于測(cè)試者常不了解移距或忽略移距設(shè)置，因此，根據(jù)式（1），移距過(guò)大或過(guò)小都會(huì)造成波速曲線整體上升或下降。

3.1.2 增益

增益是波形的放大倍數(shù)。R1和R2各有一個(gè)通道，由于通道2傳播的距離遠(yuǎn)、受干擾多，一般設(shè)置通道2的增益大于通道1.在測(cè)試前，應(yīng)在采樣環(huán)節(jié)觀察波形是否合適。如果波形不合適，則應(yīng)在參數(shù)設(shè)置界面重新設(shè)置增益。一旦一個(gè)通道的增益過(guò)小，則會(huì)造成測(cè)點(diǎn)首波判讀錯(cuò)誤，導(dǎo)致聲時(shí)差整體變大或變小，進(jìn)而造成聲波曲線整體上升或下降。

3.2 測(cè)試孔耦合劑

根據(jù)聲波測(cè)試的折射原理和聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度，一般采用清水作為耦合劑。這就要求在鉆孔鉆進(jìn)完畢后清洗測(cè)試孔。如果洗孔效果較差，則易導(dǎo)致孔內(nèi)進(jìn)入水與泥漿的混合物。懸浮顆粒物的聲納探測(cè)資料表明，懸浮顆粒對(duì)聲能有吸收作用，聲能的損耗會(huì)導(dǎo)致聲波波速和波幅的降低，進(jìn)而導(dǎo)致波速普遍偏慢。在本次勘查中，在未洗孔時(shí)試驗(yàn)了一次，洗孔后又試驗(yàn)了一次，兩次波速曲線的對(duì)比如圖2所示。通過(guò)洗孔前、后波速曲線的對(duì)比可知，洗孔前、后出現(xiàn)了波速曲線整體下降的異?，F(xiàn)象。

3.3 人工操作

本次測(cè)試裝置的移距為0.2 m，每次采樣獲取的為圖1中l(wèi)長(zhǎng)度范圍內(nèi)的巖體波速。當(dāng)一個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)試完成后，測(cè)試人員需要將測(cè)線向上提0.2 m，但測(cè)試人員無(wú)法保證每次移距均為0.2 m，這樣很可能造成采樣偏差。根據(jù)與巖心資料的對(duì)比，在巖體較完整段的波速值比破碎段的低，聲波曲線沿孔深軸的整體移動(dòng)即曲線異位現(xiàn)象。如果檢測(cè)人員的提線速度過(guò)快或過(guò)慢，或與聲波儀操作人員的步調(diào)不一致，也會(huì)造成試驗(yàn)結(jié)果整體錯(cuò)位。在ZK22測(cè)試完成后發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)與巖心有偏差；重新測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，第一次波速曲線與第二次波速曲線有明顯的異位現(xiàn)象，如圖3所示。

3.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

巖體彈性縱波頻率高、衰減快。在波形曲線上表現(xiàn)為高頻率、低振幅的特點(diǎn)。技術(shù)人員在室內(nèi)用單孔聲波測(cè)試軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的關(guān)鍵是對(duì)首波的判讀。但巖體欠完整試段波形的首波很難判讀，彈性縱波衰減幅度大，不易識(shí)別和觀察，技術(shù)人員常將井液直達(dá)波初至誤當(dāng)作巖體縱波初至拾取。直達(dá)波到達(dá)接收換能器的時(shí)間較晚，導(dǎo)致時(shí)差變大，根據(jù)式（1），這樣會(huì)造成測(cè)試的波速曲線整體下降或在局部段升、降。

4 單孔聲波異常的處理對(duì)策

單孔聲波異常的處理對(duì)策分為以下4點(diǎn)：①對(duì)于儀器參數(shù)的設(shè)置，測(cè)試人員應(yīng)深入研究單孔聲波的測(cè)試原理和儀器說(shuō)明書(shū)，再根據(jù)地質(zhì)情況設(shè)置合理的儀器參數(shù)，以得到精確的縱波速度。②對(duì)于測(cè)試孔耦合劑，技術(shù)人員應(yīng)與鉆探人員有效溝通，充分做好試驗(yàn)前期洗孔工作。如果不具備清洗的清水，則需要等24 h，即孔內(nèi)泥漿等渾濁物沉淀后再測(cè)試。③對(duì)于野外試驗(yàn)操作，提線人員應(yīng)與儀器操作人員密切合作，盡量保證測(cè)試一次測(cè)完，以確保測(cè)試的準(zhǔn)確性。④對(duì)于室內(nèi)數(shù)據(jù)處理問(wèn)題，應(yīng)分清井液直達(dá)波與首波，并結(jié)合巖心地質(zhì)資料正確地拾取首波。對(duì)于無(wú)法判別的首波，應(yīng)適當(dāng)放大或縮小波形，并結(jié)合巖心準(zhǔn)確地判斷首波位置。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析單孔聲波的測(cè)試原理和飛鳳山滑坡勘查聲波測(cè)孔遇到的異常問(wèn)題可知，聲波測(cè)試的主要問(wèn)題為聲波曲線的異位和聲波曲線的整體升降。造成異常的主要原因是參數(shù)設(shè)置的不合理、耦合劑太渾濁、野外測(cè)試操作不規(guī)范、數(shù)據(jù)處理不合理等。在野外測(cè)試中，應(yīng)盡量突破客觀條件的限制，盡量做到試驗(yàn)每個(gè)步驟的規(guī)范、準(zhǔn)確；測(cè)試人員應(yīng)充分利用地質(zhì)鉆探資料，并做好測(cè)試前期的準(zhǔn)備工作。只有這樣，才能提高巖土勘測(cè)的技術(shù)水平。單孔聲波測(cè)試是巖土勘查中使用較為廣泛的測(cè)試方法之一，測(cè)試人員要深入理解單孔聲波的測(cè)試原理，并重視對(duì)工程地質(zhì)學(xué)、彈性波動(dòng)力學(xué)、巖土力學(xué)等的學(xué)習(xí)，這是做好單孔聲波測(cè)試的關(guān)鍵。

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〔編輯：張思楠〕