飞凤山滑坡单孔声波测试异常问题分析

摘 要:单孔声波探测是通过探测声波在岩体内的传播特征来研究岩体性质及其完整性的物探方法。由于受到野外工作条件的限制,加之声波测试人员对测试原理、规范不了解,局部或整体波速的测试数据出现了异常。这些测试结果对评价岩体的完整性、质量等造成了一定的影响。因
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 摘 要:单孔声波探测是通过探测声波在岩体内的传播特征来研究岩体性质及其完整性的物探方法。由于受到野外工作条件的限制,加之声波测试人员对测试原理、规范不了解,局部或整体波速的测试数据出现了异常。这些测试结果对评价岩体的完整性、质量等造成了一定的影响。因此,结合飞凤山滑坡勘查的实测声波和钻探资料,从测试的操作方法、仪器参数的选择、试验操作、数据处理等方面分析了测试异常问题,对相关问题进行了探讨,并提出了相应的解决措施。
  关键词:单孔声波测试;传播特征;物探方法;实测声波
  中图分类号:TV223.1 文献标识码:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.014
  声波速度是反映岩土体物理力学性质的重要参数指标。单孔声波测试是岩土工程勘查的重要原位物探测试项目,具有操作方便、安全性高的优点,已成为解决岩土工程领域相关问题的有效手段之一。采用单孔声波测井,可利用纵波速度确定松动范围、划分风化带、评价岩体的完整性、解释软弱夹层或破碎带、计算岩体相关的动力学参数等。
  1 项目概况
  本次单孔声波测试异常分析以飞凤山滑坡勘查为例,项目所在地位于四川省广元市利州区八二一厂内的拟建飞凤山低中放固体废物处置场南侧边坡。强降雨导致飞凤山边坡失稳下滑。在对飞凤山的滑坡勘查工作中,采用单孔声波测试方法对岩体波速进行了测试,对岩体的完整性、质量等相关工程地质问题进行了研究。
  在此次单孔声波测试中,遇到了一些问题,比如采样参数设置不合理、因测试孔未清洗而导致耦合水体混杂、人为操作不精确、首波判别不正确等。因此,笔者阐述了单孔声波测试的原理、异常问题及其处理措施等,并提出了相关的方法和建议,从而提高勘查水平。
  2 单孔声波的测试原理
  声波在岩体中的传播遵循弹性波的传播规律。声波在岩体中传播时,在界面上会产生波的透射、折射和反射现象。
  声波仪由发射装置和接收装置两部分组成。发射装置即发射换能器(T),接收装置即接收换能器(R1和R2)。孔内滑行波以临介角i入射井壁,并产生滑行波沿孔内耦合剂(水)传播。由于声波在钻孔内耦合剂(水)中的速度小于在岩石内的传播速度,因此,滑行波最先到达R1和R2。滑行波形成信号波形的初始起跳一般称为“初至(首波)“,如图1所示。
  本次飞凤山滑坡勘查单孔声波测试使用RSM-SY5(T)一发双收声波检测仪。R1与R2之间的距离l为0.2 m,T与R1之间的距离L为0.4 m。
  3 单孔声波测试异常问题分析
  根据飞凤山滑坡勘查多个钻孔声波测试结果分析可知,波速只有在岩体结构与岩性有明显变化的试段会产生明显变化,因此,整个测试孔的岩体结构与岩性的明显变化是局部的。从整体看,在全孔数据中有2种异常现象:①波速曲线沿孔深轴整体异位;②波速曲线沿波速轴整体下降或上升。根据野外实际测试和室内数据处理,总结出了以下4种造成数据异常的原因。
  3.1 仪器采样参数
  在测试前,必须进行仪器的校正和参数设计。一旦设置错误或参数不准确,则造成声波曲线整体上升或下降;如果移距、增益的设置不合理,则易导致声波曲线整体上升或下降。
  3.1.1 移距
  R1与R2间距离即移距,因此,移距应为0.2 m。由于测试者常不了解移距或忽略移距设置,因此,根据式(1),移距过大或过小都会造成波速曲线整体上升或下降。
  3.1.2 增益
  增益是波形的放大倍数。R1和R2各有一个通道,由于通道2传播的距离远、受干扰多,一般设置通道2的增益大于通道1.在测试前,应在采样环节观察波形是否合适。如果波形不合适,则应在参数设置界面重新设置增益。一旦一个通道的增益过小,则会造成测点首波判读错误,导致声时差整体变大或变小,进而造成声波曲线整体上升或下降。
  3.2 测试孔耦合剂
  根据声波测试的折射原理和声波在不同介质中的传播速度,一般采用清水作为耦合剂。这就要求在钻孔钻进完毕后清洗测试孔。如果洗孔效果较差,则易导致孔内进入水与泥浆的混合物。悬浮颗粒物的声纳探测资料表明,悬浮颗粒对声能有吸收作用,声能的损耗会导致声波波速和波幅的降低,进而导致波速普遍偏慢。在本次勘查中,在未洗孔时试验了一次,洗孔后又试验了一次,两次波速曲线的对比如图2所示。通过洗孔前、后波速曲线的对比可知,洗孔前、后出现了波速曲线整体下降的异常现象。
  3.3 人工操作
  本次测试装置的移距为0.2 m,每次采样获取的为图1中l长度范围内的岩体波速。当一个测点测试完成后,测试人员需要将测线向上提0.2 m,但测试人员无法保证每次移距均为0.2 m,这样很可能造成采样偏差。根据与岩心资料的对比,在岩体较完整段的波速值比破碎段的低,声波曲线沿孔深轴的整体移动即曲线异位现象。如果检测人员的提线速度过快或过慢,或与声波仪操作人员的步调不一致,也会造成试验结果整体错位。在ZK22测试完成后发现,数据与岩心有偏差;重新测试后发现,第一次波速曲线与第二次波速曲线有明显的异位现象,如图3所示。

  

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