岩体作为一种特殊的不连续体介质,其声学传播特性与岩石基质和结构面、裂隙等有很好的相关性,因此声学特性研究成为分析其内在结构的一种有效方法。岩体的声学特性理论是岩体超声波测试技术的理论基础,对岩体声学特性的研究有利于超声波测试技术在岩体工程中更深层次的应用。对岩体声学特性的研究总结起来可分为两个方面,一是岩体的超声波速研究,二是岩体的超声衰减理论研究。与之对应的超声波测试技术也有两种,即波速测量法和衰减测量法。岩体超声波速法是通过测定超声波在岩体内的传播速度反映岩体工程质量的好坏,岩体材料的损伤程度,岩体的各向异性及其受力状态。因此对岩体超声波速的研究又分为岩体动弹性参数研究,岩体各向异性特征研究及岩体声速与应力的相关性研究等三个方面。岩体超声波衰减法是通过测定超声波在岩体中传播时的能量耗散来反映岩体的内部结构及力学特性,但由于对衰减理论研究的不足,因而目前对岩体超声波衰减的研究成果远不如岩体超声波速的研究成果丰富。
岩体声学特性的运用:①岩体中存在结构面,这些结构面具有一定的方向性,从而使岩体呈现各向异性特征。在岩体介质中传播的超声波也将由于岩体本身的各向异性而呈现出方向性,岩体超声波速的各向异性特征研究就是为了弄清超声波速的方向性与岩体的各向异性特征之间的关系,以达到利用超声波速的测试结果确定工程岩体的结构特征的目的。②运用超声波波速预测岩体的动弹性参数,对岩体工程中宏观力学参数的提取具有重大的实际意义。岩体弹性参数的超声波速研究就是解决岩体弹性参数与超声波速之间的关系,理论严密,计算简单,如式(1)和式(2),因而工程应用大多数是将岩体看作均匀各向同性介质处理。对于各向异性的裂隙岩体,超声波速与介质的力学参数之间的关系变得比较复杂,应进行特殊专业的研究。③岩体超声波速与岩体的应力状态也有一定相关性,相关性受断层、节理、裂隙等不连续面的空间特性和物理特性影响,规律复杂。
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