岩石会 “说话” ？岩石声波测试方法与应用来了！

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岩石会 “说话” ？岩石声波测试方法与应用来了！

发表日期：2025/11/06

一、技术概述

岩石声波测试技术，是一种通过利用声波探测岩石的传播特性来研究岩石物理性质和工程特性的技术方法，主要分为岩块声波测试和岩体声波测试。

岩块声波测试：可分为纵波速度测试或横波速度测试，适用于能制成规则试件的各类岩石；

岩体声波测试：可分为表面声波测试、单孔声波测试或孔间穿透声波测试，适用于各类岩体。

二、测试目的

（一）岩石物理性质研究

获取岩石的弹性参数，如纵波速度、横波速度、杨氏模量、泊松比等，了解岩石的致密程度、孔隙度等物理特性，为岩石分类和地质勘探提供依据。

（二）工程质量检测

在岩石工程中，用于检测岩石的完整性，判断岩石中是否存在裂缝、空洞等缺陷，评估工程岩体的稳定性，为工程设计和施工提供参考。

（三）参考规范

《SL/T264-2020》

三、测试设备

（一）岩石声波测试的仪器

名称：YL-RAT岩石声波参数测定仪。

应用：设定采集参数，观察并记录采样信号。

（二）声波激发装置

名称：主要是超声换能器，其他类型的声波激发装置如声波激发锤。

应用：声波激发锤通过敲击岩石表面产生声波，操作简单，但产生的声波信号相对较复杂，频率成分多样。

（三）增压式柱状换能器

所需配件：卷尺、罗盘、扶位器。

应用：孔间穿透声波测试时，换能器应安装扶位器，测量两孔口中心点的距离、钻孔的倾角和方位角，距离测量应准确至0.01m，角度测量应准确至0.1度，计算不同深度处两测点间的距离。

（四）一发双收单孔换能器

所需配件：扶位器。

应用：单孔声波测试时，应采用一发双收换能器，并安装扶位器。

（五）供水及止水设备

应用：对上倾的测孔或不能储水的钻孔，应采取有效的供水止水措施。

（六）干孔换能器

备注：注水装置，对软岩应采用干孔换能器。

应用：无需孔中注水，可以在干孔中进行检测，避免了注水工作量大、耗时耗力的问题，大大降低了检测成本，提高了检测效率。

（七）弯曲式接收换能器（横波）

所需配件：铝箔、铜箔。

应用：横波换能器与岩体应采用铝箔或铜箔进行耦合。

（八）夹心式换能器（纵波）

所需配件：凡士林或专用耦合剂。

应用：纵波换能器与岩体应采用清水、黄油、凡士林或石膏材料进行耦合。

（九）标准玻璃棒

要求：不同长度。

应用：测试前应测定声波在不同长度的标准玻璃棒中的传播时间，绘制时距曲线，确定仪器系统的零延时。

（十）带加力装置测试支架

所需配件：耦合剂、游标卡尺。

应用：非受力状态下，测试时应将试件置于测试架上，对发射和接收换能器施加压力，测读纵波或横波在试件中的传播时间。

四、测试方法

(一)

岩块声波测试

a. 原理

通常采用超声波测试法，将加工好的岩石试件置于超声波测试仪器中，通过发射和接收换能器测量声波在试件中的传播时间和波幅等参数。

b. 操作方法

将岩块试件放置在测试支架的固定机构上，通过加力装置对岩块施加压力。同时，将声波换能器安装在指定位置，使其与岩块紧密接触。在加力过程中，由于岩块内部的应力状态发生变化，声波在岩块中的传播速度、振幅等参数也会相应改变，通过测量这些参数的变化，可以研究岩块在不同受力条件下的声学特性和力学性质。

c. 方法特点

该方法可对岩块施加一定的压力，模拟岩块在实际工程中的受力状态，精确控制测试条件，获得岩石的基本声学特性参数，但试件的制备过程可能会对岩石结构造成一定影响，且测试结果有局限性可能与现场实际情况存在差异。

(二)

岩体声波测试

01 单孔法：

a. 原理

在一个钻孔中，利用钻孔壁作为声波传播的介质，通过在孔内不同深度放置发射和接收换能器，测量声波在钻孔周围岩石中的传播速度和波幅等参数。

b. 操作方法

从孔底开始，以一定的间距逐点向上测量。发射换能器发射声波脉冲，接收换能器接收声波信号，记录声波的传播时间、波幅等数据。

c. 适用场景

适用于测定钻孔周围一定范围内岩体的声波速度、动弹模量等参数，可用于研究岩石的风化程度和完整性、确定构造与裂隙发育带、划分地层与岩性等。

d. 方法特点

该方法操作相对简单，但只能获取钻孔附近岩石的信息，对钻孔以外的岩石情况了解有限。

02 跨孔法：

a. 原理

在两个或多个钻孔之间进行测试，发射换能器和接收换能器分别置于不同的钻孔中，声波在两孔之间的岩石中传播。

b. 操作方法

在相邻的两个钻孔中，分别放入发射换能器和接收换能器，保持两者在同一高度。测量声波从发射孔到接收孔的传播时间和波幅等参数。逐步提升换能器，能得到不同深度处岩块的声波特性。

c. 适用场景

适用于研究较大范围岩块的声波特性，如岩体的完整性评价、地质构造探测等。

d. 方法特点

该方法能够较好地反映两孔之间岩体的整体情况，测试结果更接近实际，但需要多个钻孔，成本较高，且对钻孔的垂直度和间距及换能器性能要求较高。

03 表面法：

a. 原理

在岩石表面布置发射和接收换能器，一般在需要重点关注的区域，测点应避开明显的裂隙、凹陷或凸起等部位。通过测量声波在岩石表面传播的速度和波幅等参数，了解岩体表面的风化程度、评估岩体表面的完整性或为岩体工程分类提供依据。

b. 操作方法

将发射换能器和接收换能器分别放置在岩体表面的测点上，使换能器的轴线与岩体表面垂直并选择合适的耦合剂。发射换能器激发声波，接收换能器接收声波信号，记录传播时间和波幅等数据。通过在不同位置进行测量，可以得到岩块表面不同区域的声波特性。

c. 适用场景

适用于对岩块表面进行快速检测，如评估岩石边坡的稳定性、隧道工程中有助于判断岩体的质量和完整性，基础工程中可以评估岩体的承载能力和均匀性。

d. 方法特点

这种方法操作简便、快速，但只能获取岩石表面一定深度范围内的信息，适用于对岩石浅部进行初步勘察或快速检测。

五、影响测试结果的因素

（一）岩石本身特性：

岩石的矿物成分、结构构造、孔隙度、含水量等都会影响声波的传播速度和波幅。例如，岩石中矿物颗粒的大小、形状和排列方式不同，会导致声波在岩石中的传播路径和散射情况不同；孔隙度高的岩石，声波传播速度通常较低，波幅衰减也较大；而含水量的增加一般会使岩石的波速增大，波幅衰减减小。

（二）测试环境因素：

温度、压力等环境因素对测试结果也有一定影响。温度升高，岩石中的矿物颗粒热运动加剧，会使声波传播速度略有降低；而围压增大，岩石孔隙被压缩，声波传播速度会相应增加。此外，测试现场的噪声干扰、电磁干扰等也可能影响声波信号的采集和分析，导致测试结果出现偏差。

（三）测试仪器与操作因素：

仪器的性能、换能器的频率特性、耦合方式以及操作人员的技术水平等都会影响测试结果的准确性。例如，换能器与岩石之间的耦合不良，会导致声波能量损失，波幅降低，波速测量不准确；操作人员在放置换能器时位置不准确或不稳固，信号判读不正确也会使测试结果出现较大误差。

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