《岩体测试技术》课程结业论文
岩体声波测试技术原理及在工程中的应用
学院：XXX
专业班级：XXX
姓名：XXX
学号：XXX
岩体声波测试技术原理及在工程中的应用
XXX
（XXXX，XX XX）
摘要：声波测试技术现已变成一种常规的勘测技术，在工程地质中的应用越来越广泛这主要的原因就在于它设备简单、测试而广、经济实用，结合地质能较全而地提供岩石及岩体的多种物理力学的动态指标。本文介绍了声波测试技术的基本原理和在工程中的应用实例。
关键词：声波岩体测试泊松比纵波
1概述
在岩体中传播的声波是机械波。由于其作用力的量级所引起的变形在线性围，符合虎克定律，也可称其为弹性波。岩体声波检测（Rock Mass Sound Wave Detecting）所使用的波动频率从几百赫到50千赫（现场岩体原位测试）及100到1000千赫（岩石样品测试），覆盖了声频到超声频频段，但在检测声学领域简称其为“声波检测”。应提及的是：这里所阐述的声波检测还包含一些被动声波检测，即不需要振源的地声检测技术概述。
1.1岩体声波检测技术的进展概述
我国岩体声波检测技术应用研究，是在上世纪六十年代中期开始的。它的起步借鉴了金属超声检测和水声探测技术，从仪器研发、换能器的仿制到研制，现场原位检测及室试件测试方法研究，经历了四十个春秋，是在一代科技工作者多学科群体的努力下完成的；
到今天，检测仪器由第一代电子管式、第二代晶体管式、第三代小规模集成电路式，发展到今天的第四代，即由声波发射电路、大规模集成电路的数据采集系统、计算机嵌入式主板、操作系统软件、信号分析处理软件等组成，成为具有一定智能分析功能的声波检测分析仪，换能器多达十余个品种；
由纵波测试应用发展到横波测试；由声学参量声时的应用，发展到波幅、频率的应用。
目前，声波检测技术纳入了不同行业的多个规程、规，说明该项技术的发展成熟程度。
1.2岩体声波检测使用的频率
2声波传播基本理论
2.1声波基础知识
2.1.1声波概念
发声体产生的振动在空气或其他物质中的传播叫做声波。声波借助各种介质向四面八方传播。声波是频率在20~20000Hz围的振动波，低于20Hz为次声波，高于20000Hz为超声波。
2.1.2声波的种类
无限介质中的波存在两种波：纵波，横波。纵波的质点振动方与波传播方向相平行，横波的质点振动方与波传播方向相垂直。声波是一种纵波，是弹性介质中传播着的压力振动。但在固体中传播时，也可以同时有纵波及横波。
2.2声波的声速
岩体声波检测技术得到广泛应用，有着完善的物理基础。首先，我们讨论岩体的
声速与岩体物性间的关系。鉴于岩体的结构特征，和检测的对象既有大块的岩体，也有小尺寸的岩石试件，由固体中波动方程的解可知，岩体或岩石的几何尺寸与声波波长相对关系的不同，边界条件是不一样的，声速的表达式也不一样，有必要对它们分别讨论。 2.2.1无限固体介质中的声速
无限体(介质)指的是介质的尺寸远比波长大，理论及实验证明当介质与声波传播方向相垂直的尺寸D ，存在D ＞( 2~5 )，此时的介质可认为是无限体。
无限体纵波的声波传播速度：
()()()
μμμρ2111-+-?
=
E
ＰＶ （1）
无限体横波的声波传播速度：
)
1(21
μρ
ρ
+?
=
=
E
G
ＳＶ （2）
式中 Ｅ――弹性模量（Pa ）
Ｇ――剪切模量（Pa ） ――泊松比（无量纲） ――质量密度（kg/m 3）
2.2.2有限固体介质中的声速 2.2.2.1一维杆的声速
(1) 一维杆的边界条件：当固体介质的尺寸和波长满足下列关系称为一维杆。即：
L
D D
5
12<> λ
式中 ――波长
D ――一维杆直径 L ――一维杆的长度 (2) 一维杆轴线方向的纵波声速为:
ρ
E
V B =
（3）
显然，VB 与无限体的纵波声速相差
()()()
μμμ2111-+-，当
=0.2～0.25，
B P V V ）－1.105.1(=
(3) 论述一维杆的声速的目的是：在测取岩石试件的声速时，岩石试件可能是圆柱体，也可能是长方体，故不可以把岩石试件的尺寸加工成一维杆，因为这时测出的声速是（3）式的一维杆的声速，不是无限体的声速，其值不能代表现场测到的岩石无限体的声速，也不能作为计算岩体完整性指数的V PR 值。
(4) 如果把岩石试件有意加工成一维杆，测其轴向声速，再按（3）式可以测算出岩石的弹性模量。 2.2.2.2二维板的声速
当岩体的尺寸满足二维板的边界时，即在X 及Y 方向的尺寸远大于Z 方向尺寸，且Z 方向的尺寸Lz ＜
时，二维板在X 及Y 方向的声速如下：
()
2
121
μρ+=
E
V P (4)
板状建筑石材的声波检测，对垂直于厚度方向的纵波声速，应按式（4）式来考虑，同样可以用声速来确定其完整性及动弹性力学性能。 2.2.3声速与岩体性质关系 2.2.3.1声速与裂隙的关系
表2 裂隙发育程度与声速之间关系
岩体是多裂隙非均匀介质，裂隙的
发育影响着岩体的稳定性,室模拟
及大量现场测试数据证实，随着裂
隙的发育，声波在岩体将产生绕
射、折射以及多次反射，造成声线
拉长，使传播时间，随裂隙的发育而增大，“视声速”降低，表2示出这一关系。为了用声速值定量说明裂隙发育程度，可测量待定岩体的声速V pm，及岩石标准试件的声速V pr。(因试件仅有少量裂隙故V pr>V pm)，并以(V2pr-V2pm)/V2pr，和(V pm/V pr)2分别表征岩体裂隙系数及完整性系数。它已成为评价岩体完整程度的重要参数。
2.2.
3.2声速与孔隙率的关系
岩体孔隙率影响着声速.目前仍延用的韦里(Wyllie)公式，建立在将多孔隙岩体近似等效为多孔的岩体骨架(1-)，及孔所充填的介质()两部分组成。声波在其传播的时间，可视为
式中V p、V pl、V pm分别为多孔岩体、充填介质、岩体骨架的纵波声速，为孔隙率，则
式中t为总的声时，t j、t m分别为充填介质及岩石骨架的声时，可见孔隙率是声速的相关函数。韦里公式是不完善的，未能考虑传播中的许多复杂因素，故与实
际往往有所出人，但就此仍可看出其基本关系。
2.2.
3.3声速与岩体风化程度的关系
表3 岩体性状与声速
岩体随其风化程度的不同，在其部结
构特性上，即松散程度、胶结状况、
矿物成分、容重、孔隙度、粒度等物
理性能存在着差异，将引起弹性模量、
泊桑比及密度上的差异。风化程度的
不同，还造成岩体不均匀，至使不同声阻抗率
界面上发生波的折射、反射、绕射，这些因素均使声速随风化程度的剧烈而降低。表3列出了某一大型水利枢纽某坝段结晶岩的这一关系。
2.2.
3.4声速与应力的关系
我国许多单位开展的岩体声速和应力的实验研究表明，多裂隙、多孔隙岩体的声速与岩体所受应力有关。这一现象目前解释为：应力增加时，岩体裂隙、孔隙受挤压，声波易于传播，声速相应增加;当应力超过岩体破坏强度使岩休原有裂隙扩展，或产生新裂隙，或应力解除后，又会出现声速降低，称之为“裂隙效应”。
2.2.
3.5声速与环境温度的关系
温度上升，声速下降。度下降声波提高，特别当温度下降到度以下，孔隙中的水变成冰，声速由1500m/s(水)变为3600~4300m/s(-5~-80C冰)。
2.3声波测试基础理论
2.3.1描述声波基本参数
《岩体测试技术》课程结业论文 岩体声波测试技术原理及在工程中的应用 学院：XXX 专业班级：XXX 姓名：XXX 学号：XXX
岩体声波测试技术原理及在工程中的应用 XXX （XXXX，XX XX） 摘要：声波测试技术现已变成一种常规的勘测技术，在工程地质中的应用越来越广泛这主要的原因就在于它设备简单、测试而广、经济实用，结合地质能较全而地提供岩石及岩体的多种物理力学的动态指标。本文介绍了声波测试技术的基本原理和在工程中的应用实例。 关键词：声波岩体测试泊松比纵波 1概述 在岩体中传播的声波是机械波。由于其作用力的量级所引起的变形在线性围，符合虎克定律，也可称其为弹性波。岩体声波检测（Rock Mass Sound Wave Detecting）所使用的波动频率从几百赫到50千赫（现场岩体原位测试）及100到1000千赫（岩石样品测试），覆盖了声频到超声频频段，但在检测声学领域简称其为“声波检测”。应提及的是：这里所阐述的声波检测还包含一些被动声波检测，即不需要振源的地声检测技术概述。 1.1岩体声波检测技术的进展概述
我国岩体声波检测技术应用研究，是在上世纪六十年代中期开始的。它的起步借鉴了金属超声检测和水声探测技术，从仪器研发、换能器的仿制到研制，现场原位检测及室试件测试方法研究，经历了四十个春秋，是在一代科技工作者多学科群体的努力下完成的； 到今天，检测仪器由第一代电子管式、第二代晶体管式、第三代小规模集成电路式，发展到今天的第四代，即由声波发射电路、大规模集成电路的数据采集系统、计算机嵌入式主板、操作系统软件、信号分析处理软件等组成，成为具有一定智能分析功能的声波检测分析仪，换能器多达十余个品种； 由纵波测试应用发展到横波测试；由声学参量声时的应用，发展到波幅、频率的应用。 目前，声波检测技术纳入了不同行业的多个规程、规，说明该项技术的发展成熟程度。 1.2岩体声波检测使用的频率
附件 一、项目来源 受某院委托，我院承担安包隧道项目工程地质钻孔声波波速测试工作。二、任务与目的 岩石声波波速测试，用于划分岩体风化壳及其强度评价、深部地层软弱结构面、破碎带埋深及岩溶发育特征的勘查，计算钻孔岩石完整性系数，判别钻孔岩层的完整性。 三、波速测试工作情况 我院于2016年11月18日进场开展测试工作共完成了3个钻孔的波速测试工作，共完成310.25m的波速测试，具体工作量统计见表1.3.1所示。 四、声波波速测试原理与方法技术 声波检测技术中有三个声学参量，即声速、声波波幅及频率，可对介质的物性做出评价。各声学参量简述如下： ①声速与弹性力学参数的关系：当测取岩体的纵波及横波声速Vp与Vs，并已知岩体密度ρ的情况下，便可以获取岩体的动弹性模量E、剪切模量G和泊松比б，从而做出对岩体的动力学特征做出评价。 ②声速岩体完整性指数：可用纵波评价岩体的质量，可用岩石样本的纵波波速Vpr与岩石的纵波平均声速Vpo测算出岩体的完整性指数Kv。由完整性指数，可对岩体的工程力学性质进行分类。 ③声速与岩体的裂隙：当波动的前方有裂隙存在时，在裂隙尖端所产生的新的点振源浆可绕过裂隙继续传播，形成波的“绕射”。绕射的过程声线“拉”长，声时加长，使视声波降低，故声波不仅可对岩体的风化程度加以划分，对岩体中存在的裂隙有着极为敏感的反应。
④声波与岩体结构的关系：声波在整体块状结构中得传播速度最快，在层状结构、碎裂状结构、散体结构中，由于裂隙发 育程度不同，声波在这种非均质介质中传播， 将会在不同的波阻抗界面产生波的折射、反射、 波形转换等，使波速拉长，从而使声波随结构 的复杂而降低。 由测试对象及测试目的的不同，声波测试 有多种方法，具体有投透射法、折射法、反射 法等。其中折射法—单孔一发双收声测井法主 要用于岩体风化壳划分及强度评价、深部地层 软弱结构面、破碎带埋深及发育特征的勘查。 根据本项目特点，采取单孔一发双收声测井进 行检测。工作方法如右图所示： 五、声波波速测试岩土划分依据 计算岩体的完整性系数Kv： Kv=（Vpr①∕Vpo②）2 ①Vpr－在钻孔岩体各个岩性分段中测得的纵波波速平均值； ②Vpo－选用本场地各钻孔各岩性分段的新鲜岩样纵波波速。 选取岩芯样时根据现场编录人员对钻孔岩性分段，在各个岩性分段中各取一组完整新鲜芯样并测量芯样纵波波速取所测的代表性岩样的纵波波速为该分段的纵波波速特征值。通过计算岩体的完整性系数Kv，比对岩体完整性分类标准表，可以划分岩体结构类型。岩体完整性分类标准表如下所示： 岩体完整性分类标准表附表2.2.3 、声波波速测试成果与评价 根据以往工作经验，新鲜未风化岩块波速为4500 m/s左右，微风化波速约为3000～4500m/s左右；中等风化波速约为2000～3000m/s左右；强风化波速约
声波测试技术的原理及其运用 1.声波测试原理 声波探测技术是一种岩土体测试技术，它根据弹性波在岩体中传播的原理，用仪器的发射系统向岩土体中发射声波，由接受系统接收。由于岩体的岩性、结构面情况、风化程度、应力状态、含水情况等地质因素都能直接引起声波波速、振幅和频率发生变化，因此可通过接收器所接受的声波波速、频率和振幅了解岩土体地质情况并求得岩土体某些力学参数（如泊松比、动弹性模量、抗压强度、弹性抗力系数等）和其他一些工程地质性质指标（如风化系数、裂隙系数、各向异性系数等）。 声波仪是声波探测使用的仪器。声波仪有多种型号，主动测试的仪器一般都由发射系统和接收系统两大部分组成。发射系统包括发射机和发射换能器，接收系统包括接收机和接收换能器。发射机是一种声源讯号的发射器，由它向压电材料制成的换能器(图中的1)输送电脉冲，激励换能器的晶片，使之振动而产生声波，向岩体发射。于是声波在岩体中以弹性波形式传播，然后由接收换能器(图中的2)加以接收，该换能器将声能转换成电子讯号送到接收机，经放大后在接收机的示波管屏幕上显示波形。 声波仪的主要部件示意图 2.声波测试技术的运用 声波探测可分为主动测试和被动测试两种工作方法。主动测试所利用的声波由声波仪的发射系统或槌击方式产生；被动测试的声波则是岩体遭受自然界的或其它的作用力时，在变形或破坏过程中由它本身发出的(如滑坡)。主动测试包括波速测定，振幅衰减测定和频率测定，其中最常用的是波速测定。 目前在工程地质勘探中，已较为广泛地采用声波探测解决下列地质问题：根据波速等声学参数的变化规律进行工程岩体的地质分类；根据波速随岩体裂隙发育而降低及随应力状态的变化而改变等规律，圈定开挖造成的围岩松驰带，为确定合理的衬砌厚度和锚杆长度提供依据；测定岩体或岩石试件的力学参数如杨氏模量、剪切模量和泊松比等；利用声速及声幅在岩体内的变化规律进行工程岩体边坡或地下硐室围岩稳定性的评价；探测断层、溶洞的位置及规模，张开裂隙的延伸方向及长度等；利用声速、声幅及超声电视测井的资料划分钻井剖面岩性，进行地层对比，查明裂隙、溶洞及套管的裂隙等；划分浅层地质剖面及确定地下水面深度；天然地震及大面积地质灾害的预报。 声波探测的工作方法： （1）测网的布置 测网的布置一般应选择有代表性的地段，力求以最少的工作量解决较多的地质问题。 测点或观测孔的布置一般应选择在岩性均匀、表面光洁、无局部节理裂隙的地方，以避免介质不均匀对声波的干扰。如果是为了探测某一地质因素，测量地段应选在其他地质因素基本均匀的地方，以减少多种地质因素变化引起的综合异常给资料解释带来困难。装置的距离要根据介质的情况、仪器的性能以及接收的波型特点等条件而定。 （2）工作方式
岩土工程勘察中波速测试探讨 在岩土工程勘察中，需对场地类型土及砂土液化性进行判别本文结合工程实例，通过波速测试，对场地类型土及砂土液化性进进一步说明波速测试是工程地质勘察中一种快速、经济、有效的原位测试方法。 标签：波速测试岩土工程勘察 0引言 一般情况下，不同岩土层的弹性特征存在差异，可通过弹性波速等参数反映出来，钻孔剪切波速测试就是利用这差异，通过测定不同岩土层的剪切波（s波）、压缩波（P波）的传播速度，计算动力参数、场地草越周期，评价场地地震效应，确定场地类别，并据此判定岩土层的工程性质，为工程设计提供依据。 本文对场地的波速试验进行了压缩波与剪切波波速测试，根据波速测试结果，计算土层的等效剪切波速计算地基上的动弹性模量、动剪切模量、动泊松比，计算场地草越周期等，为波速试验在岩上工程勘察的推广应用积累经验。 1波速基本原理及工作方法 1.1基本原理 波速（瑞雷波速）和反射波法、折射波法基本一样，他们都是利用弹性波场特征来进行勘探，但是波速波场特征和体波之间有很大的区别。在相同的介质中，波速最慢，横波次之，纵波波速是最快的。拉夫波在层状介质中，是由P波与SH波（水平方向S波）干涉而形成的，而瑞利波是由P波与SV波（垂直方向S波）干涉而形成，而且R波的能量主要在介质自由表面附近集中着，其能量的衰减与r-1/2成正比，因此比体波（P、S波∝r-1）的衰减要慢得多。介质的质点运动轨迹在传播过程中，呈现-椭圆的极化，长轴和地面呈现垂直的状态，旋转方向为逆时针方向，在传播的过程中以波前面约为一个高度为λR（R波长）的圆柱体向外扩散。波速勘探在测点上逐点进行观测，通过按照测网的布置，每一个测点根据勘探深度和地质任务的要求，利用频散曲线的速度进行计算、分层有关参数等，测得一条频散曲线，从而达到岩土工程勘察的目的。 1.2基本工作方法 在外业工作正式开展之前，首先把排列试验工作在测区平坦地带上展开，进行现场干扰波调查，对地层的各种地震波列信号特征进行识别，确定测试方法的参数及观测系统。在实测工作中，一般在勘探点的两侧埋置对称的检波器，应在同一条直线上布置检波器和震源点，并在排列两侧激振。 2波速测试在岩土工程中的应用
岩体声波测试技术
《岩体测试技术》课程结业论文 岩体声波测试技术原理及在工程中的应用 学院：XXX 专业班级：XXX 姓名：XXX 学号：XXX
岩体声波测试技术原理及在工程中的应用 XXX （XXXX，XX XX） 摘要：声波测试技术现已变成一种常规的勘测技术，在工程地质中的应用越来越广泛这主要的原因就在于它设备简单、测试而广、经济实用，结合地质能较全而地提供岩石及岩体的多种物理力学的动态指标。本文介绍了声波测试技术的基本原理和在工程中的应用实例。 关键词：声波岩体测试泊松比纵波 1概述 在岩体中传播的声波是机械波。由于其作用力的量级所引起的变形在线性范围，符合虎克定律，也可称其为弹性波。岩体声波检测（Rock Mass Sound Wave Detecting）所使用的波动频率从几百赫到50千赫（现场岩体原位测试）及100到1000千赫（岩石样品测试），覆盖了声频到超声频频段，但在检测声学领域简称其为“声波检测”。应提及的是：这里所阐述的声波检测还包含一些被动声波检测，即不需要振源的地声检测技术概述。 1.1岩体声波检测技术的进展概述 我国岩体声波检测技术应用研究，是在上世纪六十年代中期开始的。它的起步借鉴了金属超声检测和水声探测技术，从仪器研发、换能器的仿制到研制，现场原位检测及室内试件测试方法研究，经历了四十个春秋，是在一代科技工作者多学科群体的努力下完成的； 到今天，检测仪器由第一代电子管式、第二代晶体管式、第三代小规模集成电路式，发展到今天的第四代，即由声波发射电路、大规模集成电路的数据采集系统、计算机嵌入式主板、操作系统软件、信号分析处理软件等组成，成为具有一定智能分析功能的声波检测分析仪，换能器多达十余个品种； 由纵波测试应用发展到横波测试；由声学参量声时的应用，发展到波幅、频率的应用。 目前，声波检测技术纳入了不同行业的多个规程、规范，说明该项技术的发展成熟程度。 1.2岩体声波检测使用的频率 表1不同频率震源的检测目的、检测距离 检测目的所用震源震源频率 （kHZ） 探测距离 （m） 备注
仪器一 声波岩石参数测定仪 随着超声探测技术的发展，相应的研制出了各种探测仪器，应用于岩体（岩石）超声探测的仪器和设备，它是以岩石力学特性为基础，研究声波或超声波在岩体（岩石）的传播规律，借以了解岩体（岩石）的动弹力学状态及其结构特征。目前国内外的探测仪器种类甚多，性能也各不相同，但它们的基本原理都大同小异。大体上具有发射、接收和记录（显示）三个系统，以及“电声”转换及“声电”转换系统。其工作的基本方法也不外乎如图一所示。 1. 发射换能器 2. 接收换能器 图一 仪器测量工作原理方框图 SYC～3型声波岩石参数测定仪 （一）构造原理： 仪器的发射、接收两大部分，由多谐振荡器进行同步控制工作。每个振动周期有一触发信号输出，它同时控制“发射延时”和“扫描延时”工作。“发射延时”将触发信号延时一段时间后输出给发射系统，让发射机工作，同时让计数器开始计数。“扫描延时”将锯齿波扫描经过适当的延时，以便接收放大的波形能呈现在示波管屏幕上。这个尖脉冲信号同时加到计数器，做计数器的关门信号，以便读到某一波形的到达时间t。发射系统：其电路原理框图如图二所示。其发射脉冲幅度分两挡，连续可调，最低幅值80V，最高可达1000V，脉冲宽度为0.2～5微秒。当接收系统的同步信号到来后，“单稳”输出一宽度可调的矩形脉冲，其经放大后，加在换能器的晶体上，引起压电晶体的机械振动。 图二 电路原理方框图
SYC～3型声波岩石参数测定仪，主要为室内模拟及岩样试验使用，用于研究岩样的结构分析、应力状态、弹性参数、岩样的物理性质以及工程地质、地震模拟实验等问题，也可做短距离的现场测试。其具有手动、自动测时，手动取样测幅和离散连续自动测幅等多种功能，同时具有8421码正逻辑数据输出，连接打印机或接口与计算机连接进行采样分 图三 声波仪测时方框图 晶振10Mc的频率经分频器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ输出φ1、φ2、φ3并同时输出为1ms或8ms。其为该机同步周期。φ1直接控制发射输出、10倍时间扩展器及记数显示、复零电路。分频Ⅱ受控制脉冲②控制使φ2相对于φ1延时，延时时间大小由仪器面板上“左移，右移”“移位，复零”等开关控制，延时以后的φ2控制扫延电路，使波形出现在示波器屏幕上适当的位置，以便于观察和测量。同样可使φ3相对于φ2延时，延时的大小亦由“左移，右移”“移位，复零”等开关控制，φ3（同φ1）控制10倍时间扩展器，产生时间T1、T2和T3，在误差范围内使T2恒等于10倍T1，即T2≌10 T1，调节面板上的多圈电位器，可改变T1和T2的宽度，但始终使T2≌10 T1，计数的尾数分别用T1或T2作钟控脉冲，可以使常规测试0.1μs 最小时间的方法提高到 0.01μs ，最小时间提高一个数量级。 扫描电路输出锯齿波电压到水平放大至示波管，扫描结束时还输出信号控制电子开关，使被接收的多路信号显示在扫描线上。 自动测时时接收信号经放大后再进行全波整流，使接收波的正起跳或负起跳均能使门限电路开始翻转，不至丢失波形。经整流的接收波输至门限、闭锁电路，该电路输出自动
文章编号 1000-2643(1999 02-0013-03 用声波速度预测岩石单轴抗压 强度的试验研究 Ξ 燕静 1, 李祖奎 1, 李春城 1, 赵秀菊 1, 翟应虎 2, 王克雄 2 (1. 胜利石油管理局钻井工艺研究院 , 山东东营 257017; 2. 石油大学 (北京 摘要声波速度是一项较好反映地层岩石综合物理性质的声学指标 , 被广泛应用于石油勘探开发工程的各个专业技术领域。在扼要叙述室内测定岩石声波速度、单轴抗压强度试验方法的基础上 , 重点介绍了利用回归分析方法 , 研究声波速度与岩石单轴抗压强度相关关系、定性定量结论。在综合分析研究的基础上 , 单轴抗压强度的数学模型及其预测剖面。 , 的应用前景。 主题词 ; 中图分类号 TE21文献标识码 A 引言 声波是物质运动的一种形式 , 它由物质的机械运动而产生 , 通过质点间的相互作用将振动由近及远地传播。对于声波测井发射的声波来说 , 井下岩石可以认为是弹性介质 , 在声振动作用下能产生弹性形变 , 所以岩石既能传播质点运动方向与传播方向平行的纵波 , 又能传播质点运动方向与传播方向垂直的横波。国外的一些研究已经表明 , 声波在岩石中的传播速度与岩石的硬度、抗压强度存在着较好的相关关系 [1,2]。另外从测井资料分析中也可以看出 , 声波速度与地层的岩性、岩石结构、埋深和地质年代也有密切的关系。因而声波在岩石中的传播速度是一种较好反映岩石综合物理性质的有价资料。 岩石单轴抗压强度作为材料的一种力学特性 , 反映了岩石受外力作用被破坏的主要指标 , 成为石油钻井工程中钻头设计、选型的基础数据。如何将反映岩石综
实验三岩石声波波速测试实验 一、实验目的 熟悉掌握仪器操作，掌握声波岩石波速测试方法步骤，建立不同材料介质密度对波速影响程度的概念。 二、实验原理 声波测试理论基础建立在固体介质中弹性波的传播理论。该方法就是利用一种声源讯号发射器（发射系统），向压电材料制成的发射换能器发射一电脉冲。激励晶片振动，发射出声波在测试材料中传播，后经接收器接收，把声能转换成微弱的电信号送至接收系统，经信号放大后在屏幕上显示出波形，从波形上读出波幅和初至时间（t），由已知的测试材料距离（L），便可计算出超声波在测试材料中传播的纵波波速（Vp），即Vp=L/t。 图3-1岩石声波波速测试示意图 三、主要仪器设备 1.HS-YS4A岩石声波参数测定仪，见图3-2 2.游标卡尺 图3-2HS-YS4A主机 四、实验操作 1、启动仪器
打开仪器的电源开关，首先进入WINDOWS 系统，然后启动仪器控制软件。点击工具栏图标“”，在未接换能器的情况下出现 4 道低噪声信号，说明仪器工作正常。然后按图23-3接上换能器。 图3-3 换能器与主机连接 2、校正声波系统的零声时值T0：将两换能器端面紧密接触，点击工具栏图标“”，执行一次采集，移动游标，读取T0值。 3、用游标卡尺量取岩石试件长度（高度），然后用耦合剂在岩石试件的两个端面轻涂一层，再将发射换能器和接收换能器与试件端面贴紧。 4、调出控制面板，点击工具栏“置参”，输入换能器对T0零值和试件长度（单位:m）（见图23-4），然后设置仪器的滤波参数、采集通道、采样间隔、频带宽度、通道衰减倍数等工作参数（见图23-5），红色为选中的参数。 图3-4 T0和试件参数输入图3-5 仪器工作参数设定 5、执行采集：点击工具栏图标“”进行一次采集，通过观察采集波形幅值等情况，决定是否调整采集参数，调整采集参数后，需重新进行采集一次。然后移动光标读取初至波的声时（见图23-6）。再点击一下V P或V S，自动计算出纵波或横波速度。横波速度V S测试需用横波换能器。
第七章声波测井 岩石中声速的差别与岩石致密程度，结构和孔隙充填物等有关。 声波测井是运用声波在岩层中的各种传播规律在钻孔中研究岩层特点的一类方法。 声波测井分类：声波速度、声波幅度、声波全波、声波成像等。 第一节声波测井的物理基础 一、声波物理性质简述 对于声波测井来说，声源能量很小，岩石可看作是弹性体，因此可利用弹性波在介质中传播的规律来研究声波在岩石中的传播过程。 1 ）描述固体弹性的几个参数 ①杨氏模量 E （纵向伸长系数）； ②体积弹性模量 K ； ③切变模量μ； ④泊松比σ。 2 ）声波在岩石中的传播特性 ①纵波与横波（压缩波与剪切波） ②波的能量与振幅的平方或正比 ③声波幅度随传播距离按指数规律衰减 ④波在两种不同介质分界面处的转换—反射与折射，遵循斯耐尔定律。 首波—滑行波在第一种介质中造成的波称为首波，习惯上称为折射波。 二、钻孔内的声波 第二节声波速度测井 一、单发射双接收声波速度测井原理
测量沿井壁传播的滑行波的速度。 二、井眼补偿式声波速度测井原理 目的在于克服井径变化或仪器在井中倾斜时所造成的声速误差。 三、长源距声波测井 目的在于更好地区分纵、横波和低速波，增加探测深度，克服井壁附近低速带的影响。 源距加大到 2.5m 左右可满足上述要求。 全波测井源距较长，以提高各种波的分辨能力。 四、阵列声波测井及分波速度提取 五、偶极横波测井 1 ．单极源及偶极源。 2 ．挠曲波及其与横波的关系。 软地层中，单极源不能产生横波，偶极源的波列中，在纵波之后亦无横波，但有明显的挠曲波，在低频时，挠曲波的速度与横波速度相近，高频时则低于横波的速度，可根据挠曲波的速度来求取横波速度。 第三节声波速度测井的解释与应用 一、影响声波速度测井曲线形状的因素 1 ）周期跳跃 引起声皮跳跃的岩性因素： ①裂缝层，破碎带； ②含气水胶结纯砂岩； ③高速层（波阻抗大，能量不易传递）； ④井径扩大或泥浆中溶有气体。 2 ）源距与间距的影响 源距—要保证克服盲区的影响，使折射波首先到达接收器（ 1m 即可，长源距可达 2.5m ）。 间距—影响分层能力。
1声学测试原理简述 声波是一种扰动现象，当外力对弹性介质的某一 部分产生初始扰动时，由于介质的弹性，这种扰动将由一个介质点传播到另一个质点，如此连续下去，即出现弹性波。 弹性波是一种扰动的传播，是一种机械波即机械能在介质中的传播。由物理学知：F=L/T。频率的单位是赫兹（Hz），即每秒钟振动的次数，空气中的弹性波当其频率为20～2000Hz时，通常称为声波，人耳能感知，当其频率低于20Hz时，称为次声波，而高于2000Hz时，则称为超声波，声波测试技术中常把声波和超声波泛称为声波。 在固体、液体、气体中，由于拉—压型变而产生的弹性波常称为纵波V p ，在固体中由于切变而产生的弹性波 称为横波V s 。 V p=E（1-μ）/ρ（1+μ）（1-2μ） V s=E/2ρ（1+μ） 由此可知，V p 与V s 均与岩体的弹性模量E、泊桑比 μ、密度ρ有关。 单轴压力和波速之间有着一定的对应规律，即随着岩石所受应力的增加，波速也相应地增加，当受力过大，达到破坏时，波速有减少的规律。岩石试件超声波波速测定结果表明：凡是抗压强度高的岩体（岩石），其波速也大。这是由于岩石的抗压强度是由其结构面的性质决定的。通过对不同岩石分组测试速度后，再测定抗压强度，可看出岩石的抗压强度和波速之间大体上为一线性关系。 纵波和横波波速与岩石介质的弹性模量之间有着对 应的数理关系：纵波反应岩石拉伸和压缩形变，只受法向控制，表征岩石强度及变形特征；横波则反应岩石的剪切形变特征，可以反应岩石的弹性特征。岩石的纵横波波速比（V p /V s）表征岩石的完整程度，也就是岩石动泊桑比μ的变化特征。这就是利用声波波速来判断岩石弹性参量的物理前提。 总之，由于岩石的受力状态不同、岩性及成岩年代不同、结构和破碎程度不同和抗压强度不同，因而岩石超声波特性会有很大差异，使我们有可能利用测量波带的变化，对比和分析超声波波形，研究能量的衰减等超声波特性来确定岩石的结构、强度、反应状态，并作出岩石稳定和工程地质变化评价。 2现场测试方法 a.岩石试件。岩性和尺寸与建筑石料相同。岩石新鲜清洁、平整，有一组相对平面基本平行，无裂纹、空穴、锈斑疵病。 b.操作方法。在一相对较好的平面上，涂上凡士林或黄油，将发射换能器和接收换能器紧帖在其表面上，成对穿状。用钢尺精确量出两换能器接触面的直线距离L，开 动机器，读出纵波初至时间T p 和横波初至时间T s ，将已测 得的纵波速度V p 代入经验公式：R 石=12.3V p2.67，即可求出岩石抗压强度。 用超声波对岩石进行强度检验有许多优点：试验费用低、试验速度快、对岩石没有损坏（无破损试验），有很好的代表性，但试验的可靠程度不太好。因此，采用超声 波测定岩石的强度，其最佳方法是声波测试法与其他试
目录 一、工程概况 (2) 二、声波测试及评价方案 (2) 2.1测试孔布置及检测原则 (2) 2.2工作方法与技术 (2) 2.3资料整理与解释 (3) 三、结果分析 (4)
一、工程概况 XX水电站位于XX，距XX县城约22Km，主要由枢纽建筑物、供水发电引水管线及发电站组成。大坝从左岸到右岸，依次布置混凝土重力坝段、灌溉洞、供水发电引水口、泄洪冲沙闸、混凝土面板堆石坝段。 为了更直观的评价固结灌浆效果，根据监理部《会议纪要》（SXSJ[2010]专纪要008号），“对其余面板堆石坝趾板基础固结灌浆施工过程中在现场配备必要的物探仪器，灌前孔和相应检查孔进行岩石声波测试，固结灌浆质量采用灌后压力试验及弹性检测评定。” 二、声波测试及评价方案 2.1测试孔布置及检测原则 （1）在灌浆前和灌浆后由业主方或监理工程师按固结灌浆总孔数的5%进行布置，声波测试孔宜布置在固结灌浆轴线上，灌前灌后孔位、测试方法应一致，这样可以提高灌浆灌前灌后分析数据的质量； （2）在断层，岩体破碎，裂隙发育，强喀斯特等条件复杂的部位应布置检测孔； （3）钻孔倾斜过大、灌浆过程不正常，末序孔注入量过大、经分析资料认为可能对灌浆质量有影响的部位应进行布置； （4）弹性波速测试应在灌浆前一序孔上和灌浆后在检查孔中进行测试。2.2工作方法与技术 钻孔超声波测试工作采用RSM-YS5型智能声波检测仪，外接12V直流电源，井下探头为单发双收超声波换能器,其接收换能器间距为0.2m。 测试工作按规程、规范要求进行，检测过程执行《水利水电工程物探规程》（DL/T5010-2005）。工作过程中仪器性能稳定。测试时以水或泥浆来实现换能器与孔壁岩体的耦合。自孔底向上逐点测试，测点间距为0.2m，在孔口用米尺手
一、前言 钻孔声波测试目的，是为了查明场地范围内岩体的波速值。我公司于2011年9月进场，采用国产SY-5声波测试仪进行了野外数据采集，共完成14个钻孔声波测试，共计428个物理点，总深度83.0m。 二、检测原理、工作方法及测试工作情况 2.1检测原理 声波测井的理论根据是不同岩性和结构特征的岩体，具有不同的波速。通过发射探头向岩体发射弹性波，接收探头接收岩体中传播的弹性波记录下来，从而获得弹性波的传播时间及频谱特征，然后结合所测钻孔的地质特点对岩体进行工程地质评价。 2.2工作方法 本次测试工作所用仪器为国产SY-5型声波测试仪，探头为一发双收式，进行声波测试时，把探头放入钻孔中的测试位置，仪器的发射机通过发射探头发射超声波，经水的耦合，到达井壁沿井壁传到两接收换能器Ⅰ和Ⅱ，其初至时间分别为t1（μs），和t2（μs），这样根据两接收探头的距离，按（1）式算出测试点处的波速Vp。 Vp=L1/△T （1） 其中：Vp—岩石波速； L1——两接收换能器间距； △T—波传播的初至时间差。 测试时，把探头放入井底，然后自下而上逐点观测，测试点距为0.2米。声波测试工作按《岩土工程勘察规范》（GB5001-2001）和《水利水电工程物探规程》（DL5010-92）执行。 2.3测试工作情况 钻孔声波测试工作量见表1： 都匀1号《风华盛世》项目13#楼声波测试工作量统计表表1 三、资料解释与成果分析 对采集的波形进行手工校准，经计算机声波SY-5处理软件进行解释。岩体平均波速统计结果见表2： 都匀1号《风华盛世》项目13#楼岩体声波统计表表2
综合声波测井结果，中风化段硅质岩夹泥岩岩体平均波速范围为2427～2859m/s，平均值为2676.8m/s。 四、结论 取场地中风化硅质岩完整岩块波速为4200m/s。根据声波测井结果，中风化硅质岩夹泥岩岩体压缩波速平均值为2676.8m/s，则波速比为0.637，场地中风化硅质岩夹泥岩完整性指数为0.406，岩体较破碎，场地中风化硅质岩夹泥岩属软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
岩土工程试卷 1.单项选择题（每题1分，共40分） （1）落锥试验中，落锥自由落下的高度在土工合成材料上方（）mm。 100 200 300 500 （2）接缝中的Ω型止水带宜使（）朝向迎水面，以便（）凹面，防止在水压力下凸面反转开裂 凸面，承受更大的水压力 凸面，防止杂物进入凹面 凹面，布置接缝垫板 （3）测GCL渗透系数时，饱和、水化和膨胀等需要的时间为（）小时 8 12 24 48 （4）关于Ⅲ类桩的描述，以下哪一项说法是正确的（）桩身完整 桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响 桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥桩身存在严重缺陷 （5）浇筑止水带周围的混凝土时，应防止止水带跑偏移位、损坏或扭曲，并应确保（） 振捣器不得接触钢筋 振捣器不得接触模板 模板牢固固定 止水带下部混凝土振捣密实 （6）采用螺栓固定止水带或止水板时，应采用（）紧固上紧固定螺栓。在有冰冻的地区，宜采用（）螺栓一次，沉头 一次，膨胀 二次，沉头 二次，膨胀 （7）目前常用的液塑限试验方法有（）
碟式仪法和圆锥仪法 搓条法 联合测定法 A+B+C （8）含水率为5%的粘性土220g，将其烘干后的质量为（）g 209 209.52 210 210.95 （9）橡胶止水带耐臭氧老化试验中，50pphm的含义是（）体积分数为50×10-8的臭氧浓度 体积分数为50×10-2的臭氧浓度 百分之50的样品数量 试验标识符号 （10）当有钻孔可以利用时，检测防渗墙深度相对误差应（） 小于10% 小于15% 小于20% 小于25% （11）下列哪种叙述是表达土工合成材料接头/接缝效率的？（） 接头/接缝强度与在同方向上所测定的土工合成材料的强度之比 由缝合或接合两块或多块土工合成材料所形成的联结 处的最大抗拉力 两块或多块土工合成材料缝合起来的连续缝迹 两块或多块土工合成材料，除缝合外的其他方法接合起来的联结处 （12）以下哪一项不属于可以检测桩身完整性的检测方法（） 单桩承载力试验法 钻芯法 声波透射法 高应变法 （13）土工合成材料的常规厚度是指在多大压力下的试样厚度？（）
实验一 岩石波速的测量 （一）实验目的： 室内岩石样品的测量是野外现场测定地质解释的基础。熟练使用声波仪，掌握波速测量的方法，学会正确识别纵波及横波。 （二）设备： 1.SYC-3型超声岩石参数测定仪或HF-D超声仪 2.超声探头一对（发射、接收各一个） 3.游标卡尺 4.耦合剂（凡士林或黄油、真空脂） 5.铝铂或聚碳酸脂（用于横波探头耦合） 6．标本测试架。 （三）原理及装置： 大多数岩石，都服从基于线性理论的虎克定律，即小的形变与所施加的载荷成正比。在岩石介质中，超声波的传播遵循弹性波动方程。从而可得到两部分，无旋波和等体积波即纵波（Ｐ波）和横波（Ｓ波）。超声波实质上就是质点振动在介质中传播的过程。如何产生振动，我们采用压电陶瓷，用声波仪产生高频电脉冲激发压电陶瓷片，使它产生机械波即振动，这振动经探头与样品间的耦合层后，在介质中传播，到达样品的另一端时，被 SYC—2发射机SYC—3声波仪或HF-D超声仪 接收探头 SYC—2接收机 图一 波速测量实验装置框图
接收探头接收，接收探头反之将此振动又转换为电脉冲信号送入声波仪中，这脉冲发射与接收间的时差由一高精度的时间测量装置测出，扣除波在探头于样品间的耦合层中的传播时间Ｔ０，即得到波在介质中的传播时间Ｔ，从而得到介质的波速。本实验的装置如上面图一所示。 （四）实验步骤： 1．选择合适的样品，将所要测量的岩石加工成园柱体，两端面加工光滑，且平行度小于３丝。 2．用游标卡尺精确测量标本的长度Ｌ。 3．选用合适的超声探头，为了满足无限空间的条件，所选择的超声波波长应小于岩石样品线度的十分之一；同时，若选择波长过小，以至可以与岩石中矿物颗粒的尺度相比较，则矿物颗粒的散射将突出，所以波长应同时比矿物颗粒的线度大五倍以上，即要考虑脉冲穿过岩石的距离应至少为平均粒径的十倍。 4．测量Ｔ０： 在探头上涂上一层耦合剂，然后将探头对合，按紧，这时在声波仪上即可看到发射波形，调整时标至波形的初动，这时的时间Ｔ０即为波在探头间的传播时间。 5．测量Ｔｐ： 将发射探头与接收探头分别置于样品的两端，如图二，在探头与样品之间涂上耦合剂， 图二 波速测量探头放置示意 然后压紧。调整声波仪的时标至波形的初动，即可在声波仪的时间窗内读出超声波的传播时间Ｔｐ。 6．测量Ｔｓ： 调整声波仪的频宽及衰减旋钮，使在示波器上能较好地辨认出横波，再将时标调至横波的起跳点上，即可在时间窗读出时间Ｔｓ。测量横波时也可将接收探头放置在样品的一侧，如图三（多用于方形样品），这样横波的信号可能要强一些，更便于识别，要注意这 F S 图三 横波测量示意
岩体力学课后习题答案
一章： 1.叙述岩体力学的定义. 岩体力学主要是研究岩体和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，做出响应的一门力学分支。 2.何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？ （1）岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。（2）岩体：一定工程范围内的自然地质体。（3）不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的结构面的综合体。 3.何谓岩体结构？岩体结构的两大要素是什么？ （1）岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系；或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。（2）结构体和结构面。 4.岩体结构的六大类型？ 块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。 5.岩体有哪些特征？ 6.（1）不连续；受结构面控制，岩块可看作连续。（2）各向异性；结构面有一定的排列趋势，不同方向力学性质不同。（3）不均匀性；岩体中的结构面方向、分布、密度及被结构面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌情况等在各部位不同，各部位的力学性质不同。（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有一定作用。 二章： 1.岩石物理力学性质有哪些？ 岩石的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标，完整岩石的单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。 2.影响岩石强度特性的主要因素有哪些？ 对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。对三相压缩强度的影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。 3.什么是岩石的应力应变全过程曲线？ 所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验机上进行实验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。 4.简述岩石刚性实验机的工作原理？：压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。AA′O2O1面积—峰点后，岩块产生微小位移所需的能。ACO2O1面积——峰点后，刚体机释放的能量（贮存的能量）。ABO2O1——峰点后，普通机释放的能量(贮存的能量)。当实验机的刚度大于岩石的刚度，才有可能记录下岩石峰值应力后的应力应变曲线。 5.莫尔强度理论，格尔菲斯强度理论和E.hoek和E.T.brown提出的经验理论的优缺点？ 莫尔强度理论优点是使用方便，物理意义明确；缺点是1不能从岩石破坏机理上解释其破坏特征2忽略了中间主应力对岩石强度的影响；格尔菲斯强度理论优点是明确阐明了脆性材料破裂的原因、破裂所需能量及破裂扩展方向；缺点是仅考虑岩石开裂并非宏观上破坏的缘故。E.hoek和E.T.brown提出的经验理论与莫尔强度理论很相似其优点是能够用曲线来表示岩石的强度，但是缺点是
主要仪器设备 岩石声波参数测试仪 增压式柱状换能器 发双收换能器 弯曲式接收换能器 夹心式发射换能器 供水及止水设备 干孔换能器 声波激发装置 换能器扶位器 标准试验棒 钢卷尺、测绳 测试布置规定 1 测区宜布置在具有代表性的工程岩体部位 2 测线布置应平行和垂直于主要结构面或主要受力方向 3 测点宜布置在岩石较均匀、表面较平整的部位 4 当采用换能器激发时，发射与接收换能器间距宜为1~3m；当采用电火花激发时，该间距宜为10~30m；当采用锤击激发时，间距应大于3m。换能器宜根据间距选定。 5 单孔测试时，发射点至接收点的间距宜为0.3~0.5m。换能器每次移动距离宜为0.2m。 6 用于作孔间穿透测试的两钻孔轴线宜在同一平面内且相互平行。进行孔间穿透测试时，换能器每次移动距离宜为0.2~1.0m，并应对发射点至接收点之间的距离进行校正。 地质描述应包括下列内容 1 测区岩石名称、结构及主要矿物成分 2 结构面产状、宽度、充填物性状、延伸方向及其与测线的相互关系 3 测区地质展示图及剖面图 4 钻孔柱状图 岩体表面声波测试准备应符合下列规定 1 测点应进行编号，测点表面应修凿平整。 2 测量发射换能器和接收换能器两者中心的间距，相对误差应小于1%。 3 换能器与岩体间应采用水、黄油、凡士林或石膏材料耦合。
钻孔内岩体声波测试准备应符合下列规定 1 测孔应进行编号，冲洗钻孔并注满清水。 2 进行孔间穿透测试时，换能器应装上扶位器，测量两孔口中心点的距离，相对误差应小于1%；当两孔轴线不平行时，应测量钻孔的倾角和方位角，计算不同深度处两测点间的距离。 3 对向上倾的测孔，应采取有效的供水、止水措施。 4 对软岩宜采用干孔换能器测试 5 岩石声波参数测试仪应按SL120-95《岩石声波参数测试仪校验方法》进行校验。 6 测试前应测定仪器与换能器系统的零延时。 测试及稳定标准应符合下列规定 1 将波形显示屏上的时标关门讯号调至纵、横波初至位置，测读声波传播时间，对智能化声波仪亦可利用自动关门装置测读声波传播时间。 2 横波测试，可按下列方法判别横波的初至时间： 1）横波传播时间等于或大于纵波传播时间的1.7倍。 2）横波频率小于纵波频率。 3）横波振幅明显大于纵波振幅。 4）采用锤击法改变锤击方向时，横波相位反向。采用换能器发射，改变发射电压的极性，横波相位改变180°。 5）反复调整仪器放大器的增益或衰减档，在荧光显示屏上可见清晰的光波然后增大增益，可较准确地测读横波初至时间。 6）利用专用横波换能器测定横波传播时间。 3 每一测点应测读两次，取其平均值为读数值。对异常测段和测点，须测读三次，读数差不宜大于该读数的3%，以测值最接近的两次测值平均值作为读数值。 测试成果整理应符合下列规定 1 对各向同性或近似各向同性的岩体，应按本规程9.1.9的规定计算岩体的动弹性参数 2 对层状岩体，垂直层面测量单一岩层时，若纵波波长大于或等于层厚2~5 倍，动弹性模量按下式计算 测试记录应包括工程名称、岩石名称、测点编号、测点位置、测试方法、测点布置、测点间距、传播时间、仪器系统的零延时、测试人员、测试日期。
第23卷 第14期 岩石力学与工程学报 23(14)：2439～2443 2004年7月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July ，2004 2003年7月14日收到初稿，2003年9月17日收到修改稿。 * 中国石油天然气集团公司“十五”项目资助课题。 作者 邹德永 简介：男，1962年生，工学硕士，1989毕业于石油大学石油工程专业，现任副教授，主要从事岩石力学和破岩工具方面的研究工作。E-amil ：zougan@https://www.doczj.com/doc/0712814936.html, 。 岩屑声波法评价岩石可钻性的试验研究 * 邹德永 程远方 刘洪祺 (石油大学(华东)石油工程学院 东营 257061) 摘要 岩石可钻性是石油钻井中优选钻头类型的重要依据。岩屑声波法评价岩石可钻性以容易获取、来源充足的钻井岩屑为研究资料，通过测定岩屑的声波波速，来定量计算岩石的可钻性级值，可以获得连续的地层信息，实现钻头类型的优选。试验分析了毫米级岩屑波速测量的可行性和岩屑波速与岩石可钻性级值的相关性，表明岩屑波速具有良好的代表性，且岩屑波速与岩石可钻性级值(K d )有着密切的关系。测定了26块有代表性的岩芯的可钻性级值及相应岩屑的声波速度，建立了岩石可钻性级值(K d )与岩屑波速的关系模型。在一口预探井进行了随钻检测地层可钻性的现场试验，证明该方法是有效的。 关键词 石油工程，岩屑，声波速度，岩石可钻性，试验，模型 分类号 TD 231.6，TE 21 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)14-2439-05 TESTING STUDY ON ROCK DRILLABILITY EV ALUATION BY ACOUSTIC VELOCITY OF CUTTING Zou Deyong ，Cheng Yuanfang ，Liu Hongqi (College of Petroleum Engineering ，University of Petroleum ， Dongying 257061 China ) Abstract The rock drillability is an important index for optimizing the selection of drill bit. A new methodology for evaluating rock drillability by acoustic velocity of cutting is developed ，which can easily and continuously provide drillability information of stratum. The feasibility of the measurement on rough rock fragments of very small dimensions and the correlativity between acoustic velocity of cutting and rock drillability index are investigated. The results show that the acoustic velocity obtained from small cuttings is well related to rock drillability index. The relation model between the index and the acoustic velocity is developed. Test drilling is performed and shows that this method is effective. Key words petroleum engineering ，rock cutting ，acoustic velocity ，rock drillability ，test ，model 1 引 言 岩石可钻性是石油钻井工程的主要基础资料之一，对钻头选型、预测钻速和制定生产定额等具有 重要的指导意义。 在石油工业中，普遍采用岩芯试验法测定岩石可钻性，用可钻性级值d K 作为反映岩石钻进难易程度的定量指标[1]。该方法需要在研究的区域内取全不同构造、不同层位、不同井深、不同岩性的岩芯，