岩体声波检测技术：从表面到深部的地质洞察方法

在隧道工程、地下建筑及地质勘察领域，准确评估岩体的内在质量与稳定性是保障工程安全和经济性的基石。声波检测作为一种成熟的无损检测技术，能够通过分析声波在岩体中传播的速度、衰减等特性，为我们揭示岩体内部的结构完整性、风化程度、应力状态等关键信息。本文将系统梳理岩体声波检测的三大主流方法：表面检测、单孔检测与双孔检测。

1. 表面检测法：便捷高效的岩壁“听诊”

表面检测法是直接在岩体暴露面（如地下室、隧道岩壁、井巷工程）上进行的一种快速评估技术。它主要分为两种操作模式：连续脉冲发射直接穿透法（收发探头在相对的两个表面）和同侧穿透法（收发探头在同一表面）。

此方法的核心目标是测定岩体中的纵波速度 cp。在实际操作中，测试参数的选择至关重要。当使用探头发射信号时，对于数米内的测量距离，发射频率通常设定在 10~30 kHz。如果遇到岩体较为破碎或测距较远的情况，为了保证信号穿透能力，应适当降低频率。频率的选择直接影响计时精度，必须确保接收端能捕捉到清晰、相位“起跳”明显的初至波，避免信号丢失。要知道，即便是理想情况下，初至起跳点的判读也可能存在 1/12 至 1/16 信号周期的固有误差。

对于裂隙发育、声波衰减严重的破碎岩体，或是在需要更大测距的场景下，可以采用能量更强的锤击法作为声源，接收端仍使用单只探头，建议频率为 10 kHz。

通过表面检测法获取的声速值 cp 不仅仅是一个数字，它是一把钥匙，可以解锁一系列关键的工程地质参数：

• 岩体强度分类：直接依据 cp 值对岩体强度进行初步划分。

• 岩体完整性系数 (k_v)：通过对比现场岩体声速 cp 与同种岩石完整试件的声速 cpr，可以定量评估岩体的完整程度。其计算公式为： kv = (cp / cpr)2 kv 的值不大于1，越小则表明岩体越破碎，裂隙越多。

• 岩体准抗压强度 (p_m)：若已知岩石试件的单轴抗压强度 qr，可估算岩体的准抗压强度： pm = qr * (cp / cpr)²

• 岩体弹性模量 (E_d)：结合岩石试件的泊松比 νd，可以近似计算岩体的动态弹性模量： Ed = cp2 * (ρ/g) * [(1 + νd)(1 - 2νd) / (1 - νd)] * 10 其中，ρ 为岩石密度 (kg/m³)，g 为重力加速度 (9.81 m/s²)。

• 风化系数 (I)：通过对比风化岩体声速 cp 与同类新鲜岩体声速 cpo，可以判断其风化程度： I = (cpo - cp) / cpo I 的值同样不大于1，其值越大，风化越严重。

• 岩体质量指标 (R_m)：这是一个综合评价岩体稳定性的定量指标，有多种计算方法，其中一种示例如下： Rm = (cpr / 1000) * kv * cp * [1 / (s/2 + 1)] 式中 s 指声速低于 1500 m/s 的测点数占总测点数的百分比。

从声速到一系列力学参数的推导，涉及复杂的计算和对原始数据准确性的高度依赖。要获得可靠的评价结果，精确的现场测试和专业的室内岩石物理试验缺一不可。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测岩体声学特性与力学参数，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

2. 单孔检测法：深入岩体内部的精密探测

当需要了解岩体内部一定深度的信息时，单孔检测法便派上了用场。依据钻孔规格和深度的不同，该方法可细分为单钻孔法和单孔声波测井法，二者原理相通。

2.1 单钻孔法

此法适用于孔径约 42 mm、孔深数米的浅层探测。在隧道、地下洞室等工程中，为了探明开挖后拱顶、边墙附近岩体的应力变化和损伤情况，常采用此法。测试时，使用“一发双收”（一个发射探头，两个接收探头）的探头串，以注水作为声波耦合剂，沿钻孔每隔一定距离测量一组声速值。通过分析声速的变化，可以清晰地勾画出洞室围岩的松动范围，即应力松弛区、应力集中区和原岩区的边界，如下图所示。