[发明专利]全分离式单孔声波测试装置及其调试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单孔声波测试装置及其调试方法，特别是一种全分离式单 孔声波测试装置及其调试方法，主要适用于水利水电工程、交通、矿山等工程 的边坡、隧洞开挖松弛区无损检测，特别适用于岩体较为破碎的区域，或上斜 孔、竖直向上孔等普通声波检测装置无法达到良好水耦合(或其他耦合剂耦合) 情况下的单孔声波检测。

背景技术

声波检测是利用人工方法对被测介质施加动荷载，作为激发弹性波的激发 源，使之在介质中进行传播，然后通过分析量测设备接收传来的声波信息(包 括：波速、振幅、频率、声谱、波形等)，来评价工程岩体的稳定和松弛、损伤 范围及程度。声波检测广泛地应用于各类工程建设，诸如检测地下洞库、巷道 围岩的稳定；评价岩体的质量和分类；矿房、矿柱稳定监测；地基基础和边坡 加固处理的效果检验；以及岩溶和水晶洞穴、软弱岩层或夹层、断层破碎带、 风化层的探测等。

岩体单孔声波检测的程序一般是，首先在待检测的岩质边坡或洞室表面钻 孔，孔径、孔深及孔向根据检测的目的、范围和所使用的声波检测探头的规格 综合确定；钻孔完成后，将孔内的石渣、岩粉等杂物清除(或清洗)干净，将 单孔一发双收声波检测探头放入孔底，向孔内注水(或其它耦合剂)使声波检 测探头与岩石孔壁完全耦合；然后按照规范要求，从孔底到孔口，每间隔20cm (可根据要求加密)测试一次；重复上述测试过程，直至孔口，测试完成。

以上测试程序中，最为关键的部分是如何保证声波探头和测试孔孔壁间良 好的耦合，如果耦合不好，将无法获得测试声波波形，或获得的波形质量很差， 噪音信号的干扰使真实信号失真。实际工程岩体声波测试过程中，一般采用水 作为耦合剂(也可采用其它液体耦合剂)进行耦合，这就有可能存在如下几个 问题：

(1)如果测试部位岩体较为破碎，对于竖直向下孔或斜向下孔，注入孔中 的水很快渗漏掉，无法保证良好的水耦合；

(2)当岩体中某些矿务成分对水分(或其它耦合剂)较为敏感，遇水软化 或膨胀，使其物理力学性质发生改变，使水耦合测试结果失去意义；

(3)注入声波检测孔中的水渗透到孔周围的岩体裂隙中，充填裂隙，也有 可能对声波检测结果的真实性造成影响；

(4)对斜向上孔或竖直向上孔，无法注水进行耦合，普通的声波检测装置 无法进行检测。

针对上述几个问题，目前工程岩体声波检测领域开发了数种“干孔声波换 能器”(即声波检测探头)或干孔声波检测装置，它们的主要设计思想是利用橡 皮囊将整个声波检测探头完全包住，囊内注水，保证水和橡胶囊的完全耦合， 然后利用水压或气压使橡皮囊与孔壁贴紧。在水对岩体性质影响不大的区域， 橡皮囊外也可设置小管流水，进一步改善橡皮囊和检测孔壁间的耦合。这几种 干孔换能器的问题在于：在岩体较差的部位，声波检测探头测到的很可能是橡 皮囊的波速。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种结构简单、使 用方便、检测数据稳定可靠的全分离式单孔声波测试装置及其调试方法，在岩 体条件较差、耦合剂不适宜与检测岩体直接接触、斜向上孔、竖直向上孔等条 件的声波检测过程中，一方面保证声波检测探头与皮囊之间及皮囊与孔壁间良 好的耦合，另一方面克服岩体质量较差时皮囊波速对真实岩体波速的干扰。

本发明所采用的技术方案是：全分离式单孔声波测试装置，具有检测探头， 其上安装一组相互间隔的发射换能器和接收换能器，其特征在于：各发射换能 器和接收换能器外均包裹一个相互独立的皮囊，每个皮囊均配各自独立的注水 细管。

所述声波测试装置采用一发双收式，发射换能器安装在检测探头底部，其 中一个接收换能器装在检测探头顶部，另一个接收换能器装在检测探头中部。

所述两个接收换能器之间的距离为20cm。

所述检测探头顶部和底部各设一根用于向检测孔内注水的溢水管，其作用 是在皮囊与孔壁实在无法贴紧耦合的情况，通过该溢水管向孔内缓缓注水(检 测孔向下倾斜或竖直向下时，使用检测探头底部的水管；检测孔向上倾斜或竖 直向上时，使用检测探头顶部的水管)，使水流充填皮囊与检测孔孔壁间的缝隙， 改善皮囊和检测孔孔壁间的耦合(若测试区域的岩石遇水膨胀或软化，则不宜 采用此方法)。

全分离式单孔声波测试装置的调试方法，其特征在于步骤如下：

a、分别向三个皮囊内充水，然后将检测探头放入检测孔预定部位；