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影响岩体波速的因素
第二节 影响岩体波速的因素(5方面因素) 一、岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和 生成年代有关 1.岩石的密度和完整性越高,波速越大 2.岩石密度越大,弹性波的速度也相应增加 表3-1表示了各类岩石的弹性波速与岩石种类之间的关系。 图3-5从实例统计的角度,表示了各类岩 石的弹性波速及密度之间的关系。 二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系 弹性波在岩体中传播时,遇到裂隙,则视充填物而异。若裂隙中充填物为空气,则弹性波不能通过,而是绕过裂隙断点传播。在裂隙充水的情况下,声能有5%可以通过,若充填物为其他液体或固体物质,则弹性波可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的能力与弹性波的频率和振幅有关. 1.频率越低,跨越裂隙宽度俞大,反之俞小 2. 裂隙数目越多,则纵波速度愈小 3.岩体的风化程度愈高弹性波的速度亦小 4.夹层厚度愈大弹性波纵波速度愈 三、岩体波速与岩体的有效孔隙率n及吸水率 有关 一些岩浆岩,沉积岩和变质岩的纵波速度与有效孔隙率n之间的关系见图3-9所示。 图3-10表示了纵波波速与吸水率之间的关系。 四、岩体波速与各向异性性质有关 岩体因成岩条件、结构面和地应力等 原因而具有各向异性,因而弹性波在岩体 中的传播、岩体动弹性模量等也具有各向 异性。表3-6看出: 1.平行层面纵波波速大于垂直层面波速 平行层面波速/垂直岩层波速=各向异性系数C C=1.08-2.28;多数:C=1.67 相当一部分:c=1.10 五、岩体受压应力对弹性波传播的影响 (一)室内测试的结果 岩石在压应力作用下,对弹性波的波速和 动弹性模量有一定的影响,受力状态可分 静水压缩、三向压缩和单向压缩,量测方 式可分为平行或垂直于最大应力。 1.加载方式对声波波速的影响 在单向压缩且垂直应力方向测试岩石的波速时,所测波速有较明显的影响;其它加载方法对所测波速的影响比较小,见图3-11,12 2.压应力愈大波速愈大 从图中可以看出,随着压力的增大,纵波的波速亦随之增大。纵波增加的波速,在开始阶段较快,然后逐渐变小,最后可能不增加。 3.对于层面发育的沉积岩石,当垂直于层面加载时,在低应力阶段波速急速随应力增长而增加, 当波速超过平行层面方向的波以后,增长变慢。 如图3-13所示 (二)现场量测的结果 在某工程中,测定了巷道两帮的应力 变化对声波波速的影响可以推断松动圈的范围。工程测点布置如图3-16 2.测试结果 如图可见,3条测线总的趋势大约在1.5米处,波速最大,可推测松动圈范围在此处。 另外,曲线1在1.5米更深处波速更大,这可能是该处巷道纵横交错,应力较复杂之故。 3.当岩石种类不同,纵波波速不同。但基本规律相同,即在低应力区纵波波速增长很快,随着应力的增大,增长减慢,趋于常值。如图3-18所示 * 图3-7 从图中可以看出: 1.随着有效孔隙率的增加,纵波波速则急剧下降 从图中可以看出:2.随着吸水率的增加,纵波波速急剧的下降 表3-6 2.平行岩层面的动弹模大于垂直岩层的动弹模 各向异性系数数值在1.01-2.72之间;绝大部分小于1.30 3.压力愈大,纵波波速各向异性系数愈小 由表可见,所有系数均大于1;其最大系数在0.1MPa 均匀压缩 单向压缩 环向压缩 4.当岩石单向压缩后,量测的波速因方向的不 同而不同 与压应力相同方向上的纵波波速,在低应力阶段波速急速增长,达到一定程度后增速减缓 与压应力垂直方向上的纵波波速,随应力增长而减小(波传动方向上受拉应力) 1.在巷道壁钻孔测试声波速度 在松动区内,由于岩体破碎且是低应力区,因而波速较小;高应力区,岩体完整,波速达到最大;原岩应力区,波速正常。根据波速沿测孔深度的变化曲线,确定这三个区的范围。 返回
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