专利名称：水压耦合式跨孔声波测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水压耦合式跨孔声波测试装置，主要适用于水利水电工程、 交通、矿山等工程的边坡、隧洞开挖松弛区无损检测，特别适用于岩体较为破碎的区域，或 上斜孔、竖直向上孔等普通声波检测装置无法达到良好水耦合(或其他耦合剂耦合)情况 下的跨孔声波检测。
背景技术：
声波检测是利用人工方法对被测介质施加动荷载，作为激发弹性波的激发源，使 之在介质中进行传播，然后通过分析量测设备接收传来的声波信息(包括波速、振幅、频 率、声谱、波形等)，来评价工程岩体的稳定和松弛、损伤范围及程度。声波检测广泛地应用 于各类工程建设，诸如检测地下洞库、巷道围岩的稳定；评价岩体的质量和分类；矿房、矿 柱稳定监测；地基基础和边坡加固处理的效果检验；以及岩溶和水晶洞穴、软弱岩层或夹 层、断层破碎带、风化层的探测等。岩体声波检测一般可分为单孔和跨孔检测两种，单孔检测只需钻设一个孔便可使 用单孔一发双收换能器进行检测，跨孔检测需钻设相互平行的两个钻孔作为一组，其中一 个孔中放入发射换能器，另外一个孔中放入接收换能器，两个换能器处于同一孔深处，向孔 内注水(或其它耦合剂)使声波检测探头与岩石孔壁完全耦合；然后按照规范要求，从孔底 到孔口，每间隔20cm(可根据要求加密)测试一次；重复上述测试过程，直至孔口，测试完 成。以上测试程序中，最为关键的部分是如何保证声波探头和测试孔孔壁间良好的耦 合，如果耦合不好，将无法获得测试声波波形，或获得的波形质量很差，噪音信号的干扰使 真实信号失真。实际工程岩体声波测试过程中，一般采用水作为耦合剂(也可采用其它液 体耦合剂)进行耦合，这就有可能存在如下问题(1)如果测试部位岩体较为破碎，对于竖直向下孔或斜向下孔，注入孔中的水很快 渗漏掉，无法保证良好的水耦合；(2)当岩体中某些矿务成分对水分(或其它耦合剂)较为敏感，遇水软化或膨胀， 使其物理力学性质发生改变，使水耦合测试结果失去意义；(3)注入声波检测孔中的水渗透到孔周围的岩体裂隙中，充填裂隙，也有可能对声 波检测结果的真实性造成影响；(4)对斜向上孔或竖直向上孔，无法注水进行耦合，普通的声波检测装置无法进行 检测。针对上述几个问题，目前工程岩体声波检测领域，针对单孔声波检测开发了数种 “干孔声波换能器”(即声波检测探头)或干孔声波检测装置，但对于跨孔声波检测，尚没有 见到干孔检测装置。发明内容本实用新型要解决的技术问题是针对上述存在的问题提供一种结构简单、使用 方便、检测数据稳定可靠的水压耦合式跨孔声波测试装置，以便在岩体条件较差、耦合剂不 适宜与检测岩体直接接触、斜向上孔、竖直向上孔等条件下，仍然能够保证发射换能器以及 接收换能器与检测孔孔壁间的良好耦合，实现干孔检测。 本实用新型所采用的技术方案是水压耦合式跨孔声波测试装置，具有相互配套 的发射换能器和接收换能器，两者分别置于相互平行的两个检测孔内，其特征在于所述 发射换能器和接收换能器外均包裹一个相互独立的皮囊，每个皮囊均配各自独立的注水细管。所述发射换能器和接收换能器顶部和底部各设一根用于向检测孔内注水的溢水 管。其作用是在皮囊与检测孔孔壁实在无法贴紧耦合的情况，通过该溢水管向检测孔内缓 缓注水(检测孔向下倾斜或竖直向下时，使用换能器底部的溢水管；检测孔向上倾斜或竖 直向上时，使用换能器顶部的溢水管)，使水流充填皮囊与检测孔孔壁间的缝隙，改善皮囊 和检测孔孔壁间的耦合(若测试区域的岩石遇水膨胀或软化，则不宜采用此方法)。所述发射换能器和接收换能器位于检测孔的同一深度处。本实用新型的有益效果是本实用新型利用皮囊作为中间介质，分别将发射换能 器和接收换能器包裹住，以一定的压力向皮囊内注水，使之膨胀达到与孔壁的良好耦合，实 现了干孔检测，解决了岩体破碎部位因漏水或斜向上、竖直向上孔无法进行常规耦合的困 难，扩大了常规跨孔声波检测探头的检测范围，改善了对检测条件的适应性，减小了不利因 素(水对裂隙的充填，水对部分岩体性质的影响)对测试结果的影响，具有较为广阔的应用 前景。

图1是本实用新型发射换能器的结构图。图2是本实用新型接收换能器的结构图。图3是本实用新型在实际使用中的结构图(竖直向上孔)。
具体实施方式
如图1至图3所示，本实施例包括相互配套的发射换能器1和接收换能器2，两者 分别置于相互平行的两个检测孔内，且位于同一水平深度上，同时在发射换能器1和接收 换能器2外各包裹一个相互独立的皮囊3，利用皮囊3将发射换能器1和接收换能器2与检 测孔孔壁隔开。每个皮囊3均配各自独立的注水细管，该注水细管同时兼做排气管。使用 前，用手挤压皮囊3，使皮囊3内的气体从注水细管排出，然后在换能器放入检测孔之前，通 过注水细管向皮囊3内充入一定量的水(或其它耦合剂)，充入的水的量要根据检测孔径的 大小来控制，以既能保证换能器与皮囊3充分耦合，又能轻松放入检测孔内为宜。当皮囊3与检测孔孔壁实在无法贴紧耦合时，发射换能器1和接收换能器2顶部 和底部各设一根溢水管4，该溢水管采用直径为5-8mm的软管即可。通过溢水管4向检测 孔内缓缓注水(检测孔向下倾斜或竖直向下时，使用换能器底部的水管；检测孔向上倾斜 或竖直向上时，使用换能器顶部的水管)，使水流充填皮囊3与检测孔孔壁间的缝隙，改善皮囊3和检测孔孔壁间的耦合(若测试区域的岩石遇水膨胀或软化，则不宜采用此方法)。 实际使用中，发射换能器1和接收换能器2的底部通过水管、电缆等与孔外的水源、声波仪 等连接。本实施例的实施步骤如下a、按检测要求布孔、钻孔和清孔，使之具备检测条件；b、按检测孔孔径、发射换能器1以及接收换能器2的直径制作皮囊3，同时在皮囊 3上布置注水细管，发射、接收换能器1、2底部、顶部布置溢水管4 ；C、向两个皮囊3中各充入适量的水(或其他耦合剂)，充水量根据检测孔径的大小 来控制，以既能保证换能器与皮囊3充分耦合，又能轻松放入检测孔内为宜，这样既可以减 少检测过程中皮囊的注水时间，同时又可减少充水将皮囊充爆的机会，提高检测的效率；d、将带皮囊3的发射换能器1和接收换能器2放入两个相互平行的检测孔底部同 一孔深处；e、再次分别向发射换能器1和接收换能器2的皮囊3内充水，利用水压使得皮囊3 与检测孔孔壁贴紧，充水过程中即开始采样，当可以采集到声波波形时停止注水；如充水水 压接近皮囊3的承载极限(再充则有可能爆裂)，仍不能采集到清晰波形，则应部分排出两 个皮囊3中的水，使皮囊3和检测孔孔壁脱开，将检测孔内的发射换能器1和接收换能器2 转动适当的角度，或沿径向移动较小的距离，然后重新注水，接收波形，进行检测试验，直到 接收到完整清晰的波形为止；f、当测试区域的岩石遇水不会出现膨胀或软化等现象时，如果经反复调试，实在 不能获得理想的波形，则可利用发射、接收换能器1、2的顶部和底部的溢水管向检测孔内 缓缓注水(检测孔向下倾斜或竖直向下时，使用换能器底部的水管；检测孔向上倾斜或竖 直向上时，使用换能器顶部的水管)，使水流充填皮囊3与检测孔孔壁间的缝隙，改善皮囊3 和检测孔孔壁间的耦合。如果测试区域的岩石遇水膨胀或软化，则不宜采用此方法，仍需耐 心仔细调试声波仪和调整发射、接收换能器1、2的位置和方向，直到接收到完整清晰的波 形为止；g、第一个测点完成后，部分排出两个皮囊3中的水，使皮囊3和检测孔孔壁脱开， 同时向孔口移动发射换能器1和接收换能器2，每次移动距离为20cm(或检测要求规定的距 离)，然后再次对皮囊3进行充水调试、检测；h、依此类推，直到完成全孔检测。
权利要求一种水压耦合式跨孔声波测试装置，具有相互配套的发射换能器(1)和接收换能器(2)，两者分别置于相互平行的两个检测孔内，其特征在于所述发射换能器(1)和接收换能器(2)外均包裹一个相互独立的皮囊(3)，每个皮囊(3)均配各自独立的注水细管。
2.根据权利要求1所述的水压耦合式跨孔声波测试装置，其特征在于所述发射换能 器(1)和接收换能器(2)顶部和底部各设一根用于向检测孔内注水的溢水管(4)。
3.根据权利要求1或2所述的水压耦合式跨孔声波测试装置，其特征在于所述发射 换能器(1)和接收换能器(2)位于检测孔的同一深度处。
专利摘要本实用新型涉及一种水压耦合式跨孔声波测试装置。本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、检测数据稳定可靠的水压耦合式跨孔声波测试装置，在岩体条件较差、耦合剂不适宜与检测岩体直接接触、斜向上孔、竖直向上孔等条件下，仍能保证良好耦合，实现干孔检测。解决该问题的技术方案是水压耦合式跨孔声波测试装置，具有相互配套的发射换能器和接收换能器，两者分别置于相互平行的两个检测孔内，所述发射换能器和接收换能器外均包裹一个相互独立的皮囊，每个皮囊均配各自独立的注水细管。本实用新型主要用于水利水电工程、交通、矿山等工程的边坡、隧洞开挖松弛区无损检测。
文档编号G01N29/28GK201628703SQ20102012049
公开日2010年11月10日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日
发明者严鹏, 单治钢 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院