一种孔内剪切波震源及跨孔法波速测试方法技术

本发明专利技术涉及一种孔内剪切波震源及跨孔法波速测试方法，孔内剪切波震源包括导向筒、重锤、锤垫以及触发器；在导向筒内和重锤上设置限位装置，在重锤顶端设置防旋转钢丝绳；本发明专利技术方法采用施工接收孔和激发孔、锤垫与激发孔孔底紧密接触和计算出剪切波的传播速度的步骤；本发明专利技术触发器安装在重锤顶端，保证触发时间的准确；测试方法适应性强，可以用于岩质钻孔，也可以用于土质钻孔；激振能量大、有效信号强、剪切波有效传播距离远。

An in-hole shear wave source and a method for measuring the velocity of a cross hole method

The invention relates to a hole shear wave source and cross hole wave velocity test method, shear wave source hole comprises a guide cylinder, hammer, hammer and trigger pad; limiting device is arranged in a guide cylinder and the hammer, anti rotation wire rope arranged on the top of the hammer; the method of the invention adopts the receiving hole and construction excited and excited hole hole, hammer cushion hole bottom in close contact with the calculated shear wave propagation velocity steps; the invention is installed on the top of the hammer trigger, the trigger time to ensure accurate test method; strong adaptability, can be used for rock drilling, but also can be used in soil drilling; excitation energy, strong signal, effective shear wave propagation distance effectively.

【技术实现步骤摘要】
一种孔内剪切波震源及跨孔法波速测试方法
本专利技术涉及一种孔内剪切波震源及跨孔法波速测试方法，属于工程

技术介绍
跨孔法波速测试是岩土工程勘察中测试岩土体剪切波速度、压缩波速度、动剪切模量、动弹性模量及动泊松比的重要手段。孔内震源是跨孔法波速测试的一种关键设备，通常采用如下两种设备，一种为液压撑壁式剪切锤，其孔内支撑力大，但支撑板行程受限，只适用于岩质钻孔，土质钻孔无法可靠贴壁；另一种为气囊贴壁式剪切锤，其虽然适用的孔径范围较大，但在有井液的钻孔中，存在气囊充气困难、容易漏气的问题。两者都存在激振能量较小的问题，钻孔间距较大或岩土体弹性模量较大、需要较大激振能量时，往往不能满足要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决技术问题是提供一种激振能量大、能可靠激发剪切波、适用孔径范围大、触发时间精确以及对剪切波进行测试的孔内剪切波震源及跨孔法波速测试方法。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种孔内剪切波震源包括导向筒、设置在导向筒内呈柱状的重锤、固定设置在导向筒下端的锤垫以及设置在重锤上端内的与地面波速测试仪连接的触发器；在所述导向筒内和重锤上设置限位装置，所述限位装置限定重锤的下降和上升位置，在所述重锤顶端设置防旋转钢丝绳。本专利技术一种孔内剪切波震源所述重锤顶部设置凹槽，所述触发器包括设置在凹槽内的壳体、固定安装在壳体底部的下堵头、固定安装在下堵头顶部的压电陶瓷片、固定安装在压电陶瓷片之间的铜箔电极以及信号线缆；信号线缆的正极与铜箔电极连接，信号线缆的负极与壳体连接；所述壳体内为空腔，下堵头上部和压电陶瓷片设置在空腔内，在所述壳体上部设置填充槽，填充槽内填充环氧树脂层，所述信号线缆穿过环氧树脂层与防旋转钢丝绳并列。本专利技术一种孔内剪切波震源所述限位装置包括固定安装在导向筒内的上限位环和固定套装在重锤下部的下限位环，在所述重锤上端设置凸台，所述下限位环和凸台的外径大于上限位环的内径，在所述重锤顶部固定安装承重环，所述承重环与防旋转钢丝绳连接。本专利技术一种孔内剪切波震源所述压电陶瓷片通过螺栓B与下堵头固定，在所述压电陶瓷片顶面和螺栓B的螺帽之间设置不锈钢垫片，所述信号线缆的负极与不锈钢垫片连接。本专利技术一种孔内剪切波震源在所述下堵头与壳体底部之间安装O型密封圈。本专利技术一种孔内剪切波震源在所述锤垫顶面上设置尼龙垫片。本专利技术一种孔内剪切波震源所述导向筒外壁纵向设置一个以上的排水槽。本专利技术一种孔内剪切波跨孔波速测试方法，采用如下步骤：（一）、随波速测试进度施工或预先施工完成第一接收孔和第二接收孔，将第一波速探头和第二波速探头分别对应设置在第一接收孔和第二接收孔相应测试深度内，并使第一波速探头和第二波速探头与第一接收孔和第二接收孔相应内壁紧密接触；激发孔施工到预定波速测试测点深度后，将孔内剪切波震源放入激发孔孔底，第一波速探头和第二波速探头和信号线缆均与位于地面的波速测试仪连接；（二）、通过地表的支架从激发孔中拉升重锤至最高处，然后放开让其自由落下，重复几次使锤垫与激发孔孔底紧密接触；（三）、启动波速测试仪，使第一波速探头和第二波速探头处于信号接收状态，拉升重锤至最高处后使其自由落下，通过与激发孔孔底的撞击，激发触发器并同时使波速测试仪开始采样，撞击产生的剪切波向四周传播，并先后被第一波速探头和第二波速探头接收，通过两个接收探头的剪切波传播距离和时间差，计算出剪切波的传播速度。本专利技术积极效果如下：本专利技术锤垫、重锤及导向筒由不锈钢材料加工而成，通过调整重锤的重量增加激振的能量，调整灵活，重锤在导向筒中的活动空间由上、下限位环位置确定，重锤可在上、下限位环限制范围内自由滑动，通过重锤锤击锤垫，在激发孔内可靠地激发垂直向振动、水平向传播的剪切波，在锤垫顶面上设置尼龙垫片，可增强中、低频成分的剪切波能量比重，增加剪切波的有效传播距离；导向筒外壁纵向设置一个以上的排水槽，在重锤下落时能及时排出筒内的井液，使用防旋转钢丝绳可以防止钢丝绳与信号线缆缠绕。触发器壳体为导电的不锈钢材质，触发器安装在重锤顶端，可以保证触发时间的准确；壳体上部填充槽内填充的环氧树脂层和下堵头与壳体底部之间安装O型密封圈使壳体空腔内防水，保证200m的有效防水深度；固定压电陶瓷片的不锈钢垫片同时起到质量块的作用，存在加速度时会对压电陶瓷片产生力的作用，不锈钢垫片较小的质量使得触发器对运动加速度的灵敏度相对较低，可以保证在重锤下落过程中不误触发，而在重锤下落，砸到锤垫时马上触发，从而保证触发信号的精准。本专利技术的使用不受激发孔孔径和地基岩性限制，岩质钻孔和土质钻孔均适用，可以放入激发孔中任意深度，信号线缆与防旋转钢丝绳并联，可以将触发信号传递到地面的波速测试仪。使用本专利技术进行跨孔法波速测试由1个激发孔和1个或1个以上与激发孔并排设置的接收孔组成。激发孔施工随波速测试进度进行，施工到预定测试深度后，将本专利技术放入激发孔底，将波速探头放入接收孔的相应深度，并保证良好贴壁，波速探头和触发器信号线缆均与位于地面的波速测试仪连接。重锤由重力作用下落砸向锤垫激发垂直向振动、水平向传播的剪切波，同时触发器发出信号，波速测试仪开始接收振动信号，记录震源激发的地震波，可以通过多次激振，信号叠加的方式增强有效信号，压制随机噪声。本专利技术重锤可以通过改变截面尺寸和高度，根据需要增加激振能量；触发器控制到较低的灵敏度，可以有效防止重锤下落过程中误触发。附图说明附图1为本专利技术结构示意图；附图2为本专利技术重锤结构示意图；附图3为本专利技术触发器结构示意图；附图4为本专利技术触发器的壳体结构示意图；附图5为本专利技术孔内剪切波跨孔波速测试方法工作状态结构示意图。在附图中：1锤垫、2螺栓A、3尼龙垫片、4下限位环、5重锤、6导向筒、7上限位环、8触发器、9信号线缆、10防旋转钢丝绳、11下堵头、12压电陶瓷片、13壳体、14O型密封圈、15螺栓B、16铜箔电极、17不锈钢垫片、18环氧树脂层、19填充槽、20凹槽、21空腔、22凸台、23承重环、24激发孔、25第一接收孔、26第二接收孔、27第一波速探头、28第二波速探头、29波速测试仪、30支架。具体实施方式如附图1-4所示，本专利技术孔内剪切波震源包括导向筒6、设置在导向筒6内呈柱状的重锤5、通过螺栓A固定设置在导向筒6下端的锤垫1以及设置在重锤5上端内的与地面波速测试仪连接的触发器8；重锤5为不锈钢材质的实心柱形锤体，锤垫1顶面上设置尼龙垫片3；所述导向筒6外壁纵向设置一个以上的排水槽；在所述导向筒6内和重锤5上设置限位装置，所述限位装置限定重锤5的下降和上升位置，在所述重锤5顶部固定安装承重环23，所述承重环23与防旋转钢丝绳10连接，防旋转钢丝绳10另一端与安装在地面上的支架30固定连接。本专利技术孔内剪切波震源的限位装置包括固定安装在导向筒6内的上限位环7和固定套装在重锤5下部的下限位环4，在所述重锤5上端设置凸台22，所述下限位环4和凸台22的外径大于上限位环7的内径。所述上限位环7内壁与重锤5间隙设置；所述下限位环4外壁与导向筒6内壁间隙设置，便于重锤5在导向筒6上升和下降运动。本专利技术孔内剪切波震源的锤垫1、重锤5及导向筒6由不锈钢材料加工而成，通过调整重锤5的重量增加激振的能量，调整灵活，重锤5在导向筒6中的活动空间由上限位环7和下限位4的位置确定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种孔内剪切波震源，其特征在于其包括导向筒（6）、设置在导向筒（6）内呈柱状的重锤（5）、固定设置在导向筒（6）下端的锤垫（1）以及设置在重锤（5）上端内的与地面波速测试仪（29）连接的触发器（8）；在所述导向筒（6）内和重锤（5）上设置限位装置，所述限位装置限定重锤（5）的下降和上升位置，在所述重锤（5）顶端设置防旋转钢丝绳（10）。

【技术特征摘要】
1.一种孔内剪切波震源，其特征在于其包括导向筒（6）、设置在导向筒（6）内呈柱状的重锤（5）、固定设置在导向筒（6）下端的锤垫（1）以及设置在重锤（5）上端内的与地面波速测试仪（29）连接的触发器（8）；在所述导向筒（6）内和重锤（5）上设置限位装置，所述限位装置限定重锤（5）的下降和上升位置，在所述重锤（5）顶端设置防旋转钢丝绳（10）。2.根据权利要求1所述的一种孔内剪切波震源，其特征在于所述重锤（5）顶部设置凹槽（20），所述触发器（8）包括设置在凹槽（20）内的壳体（13）、固定安装在壳体（13）底部的下堵头（11）、固定安装在下堵头（11）顶部的压电陶瓷片（12）、固定安装在压电陶瓷片（12）之间的铜箔电极（16）以及信号线缆（9）；信号线缆（9）的正极与铜箔电极（16）连接，信号线缆（9）的负极与壳体（13）连接；所述壳体（13）内为空腔（21），下堵头（11）上部和压电陶瓷片（12）设置在空腔（21）内，在所述壳体（13）上部设置填充槽（19），填充槽（19）内填充环氧树脂层（18），所述信号线缆（9）穿过环氧树脂层（18）与防旋转钢丝绳（10）并列。3.根据权利要求1所述的一种孔内剪切波震源，其特征在于所述限位装置包括固定安装在导向筒（6）内的上限位环（7）和固定套装在重锤（5）下部的下限位环（4），在所述重锤（5）上端设置凸台（22），所述下限位环（4）和凸台（22）的外径大于上限位环（7）的内径；在所述重锤（5）顶部固定安装承重环（23），所述承重环（23）与防旋转钢丝绳（10）连接。4.根据权利要求2所述的一种孔内剪切波震源，其特征在于所述压电陶瓷片（12）通过螺栓B（15）与下堵头（11）固定，在所述压电陶瓷片（12）...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小峰，苏铁军，李玉良，田永杰，胡胜波，
申请(专利权)人：河北中核岩土工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北,13