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【摘 要】 本文围绕着弹性波测试在灌浆效果检测中的应用展开了论述，主要分析了弹性波测试技术的主要原理，及其在灌浆效果检测中的使用方法，并结合实例分析了弹性波测试的具体流程，以期可以为同类的测试工作提供参考。
【关键词】 弹性波测试;灌浆效果;检测
一、前言
灌浆效果的检测需要应用科学有效的检测技术，弹性波测试就是其中一种较为有效的检测灌浆效果的技术，本文正是基于弹性波检测技术应用于灌浆效果检测这一问题展开论述。希望可以提高弹性波测试在灌浆效果测试中的使用水平。
二、弹性波测试概述
弹性波的传播实质上是应力和应变在介质中的传播，其特性决定于物质受力状态和传播介质的物理力学性质，如弹性模量、剪切模量和泊松比等。当固体介质受到外力冲击时，介质受到应力作用而产生应变，在作用于介质的应力消失后，应变和应力失去平衡，应变就在介质中以弹性波的形式由介质中的质点依次周围传播，这种弹性波成份比较复杂，既有面波又有体波，体波又分为压缩波（P波）和剪切波（S波），剪切波的垂直分量叫（SV）波，其水平分量称Sh波。在地层表面传播的面波可分为瑞雷波（Ray lcigh）和拉夫波（Love），各种波在介质中传播的特征和速度各不相同。
当坝基岩体存在破碎或局部的不连续架空裂隙时，破坏了岩体的均一性，不利于建坝（为了改善基础岩石的力学性能，增强坝基整体性，减少沉陷变形，需要对坝基岩体进行灌浆处理（利用物探弹性波测试技术，对坝基岩体灌浆质量进行全面检测，为坝基岩体灌后质量的评价和利用提供科学依据（该技术作为工程质量检测的重要手段，以其简便、快速、经济等优点，受到工程技术人员的青睐和重视，并在工程质量检测中，通过对岩土体的原位对比测试，了解岩土体结构性状，计算岩土体的动力学参数，以便对工程质量进行分析和评价，得到愈来愈广泛的应用，使其在工程质量检测中不断得到总结、完善、提高和发展。
三、工程概况
盘石头水库位于鹤壁市西30公里太行山峡谷中，是海河流域淇河的控制性工程，交通便利。水库趾板基岩灌浆测试钻孔2个，孔号S-1-3和S-4-1，孔深均为16m，其中S-1-3孔口高程217.66m，S-4-1孔口高程216.12m，孔间距9m。我们采用RSUT01声波仪对两钻孔灌浆前后进行超声波测试;并采用美国RS1225工程地震仪，电火花作爆炸震源，对两孔间基岩灌浆前后进行了弹性波跨孔测试。根据测试成果评价灌浆效果。超声波测试孔深64m，物理点320个。跨孔测试灌前、灌后各1次，物理点60个。
四、测试原理和技术
分别采用单孔测试和跨孔测试两种方式。单孔测试利用弹性波范畴中的超声波测井技术（简称声波测井）;跨孔测试采用弹性波跨孔技术。分别叙述如下。
1、单孔测试
依据地层岩性和钻孔条件，应用超声波测井，获取岩层纵波速度，对岩层进行完整性评价。声波测井主要研究超声波沿钻孔孔壁的传播。测试声波在钻孔中所通过地层里的传播速度以及能量衰减情况等，查明深部地层的层位、构造、裂缝、破碎带以及地层的动力特性等，为工程设计和施工提供必要的参数。
声波测井必须在钻孔内充满水，在水和孔壁岩体的分界处产生折射波，其折射波速等于接收间距/接收时差。测试采用一发双收装置。
如图1所示，发射换能器到第一接收距为0.5m，第二接收距0.7m，两接收间距0.2m。本次测量为点测，每移动0.2m测试一次。根据规范要求，两孔灌浆前后每次各做了10个点的重复检测工作，重复检测误差均小于5%，检查工作量大于10%。
2、跨孔测试
弹性波在基岩中的传播速度与基岩的质量相关，波速高的岩体质量好，波速低的岩体质量差，这就是检测基岩质量的基本原理。通过灌浆前后两次检测成果的对比，来评价灌浆效果。如图2所示，在两个钻孔中，检测时，先在其中一孔某一位置处激发弹性波，并在另一孔中几个等间隔位置处固定检波器，可测得几个弹性波小组旅行时;然后改变激发点位置，即激发点按每次移动1m，利用时间互换原理，激发孔和接收孔进行互换，直至完成全孔测试。
五、资料解释与成果分析
对野外获取资料经过软件处理，计算出纵波速度，绘制测试成果图。根据灌浆前后测试成果对灌浆效果进行评价。
1、单孔测试
S3-1-3孔灌前Vp=2410～5130m/s，Vp平均=4549m/s，局部裂隙发育有低速点存在;灌后Vp=3700～5260m/s，Vp平均=4981m/s，较灌前提高9.5%;S3-4-1孔灌前Vp=3450～5260m/s，Vp平均=4650m/s;灌后Vp=4000～5400m/s，Vp平均=4980m/s，较灌前提高7.1%。单孔测试成果如图3所示。从测试成果可以看出，灌前波速较低段，灌后波速提高显著;灌前波速较高段，灌后波速提高较少。可以看出：两个单孔灌浆效果较好。
2、跨孔测试
弹性波跨孔测试，灌前Vp=3200～5150m/s，灌后Vp=3830～5300m/s，较灌前提高1.4～19.7%不等，较灌前平均提高6.8%，灌浆效果较好。跨孔测试成果如图4所示。
六、弹性波测试最新进展研究
工程中的弹性波检测主要还是采用地震仪。通过向地下发射和接收弹性波，研究弹性波在介质中的传播，了解地质结构和介质的弹性性质，如杨氏模量，纵、横波速度和泊松比。通常也称地震波法。进入21世纪，为适应蓬勃发展的工矿市政建设项目，提高勘察精度和隐患检测的正确率，新一代工程地震仪必须在如下3个方面有所突破和提高。现以Geometrics公司生产的最新一代Strata Visor NX和NZ地震仪为例，进一步介绍：
1、仪器的高分辨率、高精度、高保真度要求 实现高分辨率关键是展宽通频带，尤其是提升高频;实现高保真度，则必须不失真地采集和记录频率、振幅和相位，要求仪器有最大的动态范围;实现高精度，除此以外还必需有一系列的诸如滤波、偏移等提高信噪比的措施。因此实现“三高”，说说容易其实很难，是一个系统工程。
2、高效的实时数据记录和处理
近年来在工矿界开展起来的小三维地震调查，肯定是弹性波测量的一个发展方向。实施三维勘探，伴随而至的是地震道数的迅速扩大和要求实时采集处理的数据量急剧膨胀。这就要求主机既要配置速度快，数据吞吐量大，用户窗口友善，使用简便的计算机控制系统，又要配备运算快，处理和交互功能极强的现场处理机。对于前者，StrataVisorNX和NZ配置了Pentium芯片;对于后者，增加了32位浮点阵列数据处理器DSP芯片，以提高乘加运算速度，特别是矩阵数据处理、褶积、反褶积和相关处理有关的高速运算和迭代控制、循环控制等等。
七、弹性波测试应用注意事项
1.弹性波测试技术在工程中有着广泛的应用前景。笔者认为只要测试方法对头，所得结果均能符合实际情况，达到我们的测试目的，满足工程需要。
2.作为简易的快速测试技术方法，均较易于为工程技术人员所掌握，并对岩体或其它工程作出定量或准定量的分析评价，从而避免了单凭经验判断的偏向。如果测试与经验判断有机地结合起来，互相弥补，效果会更加显著。
3.在作定量评价时，一定要依据工程实际情况和以往类似工程经验进行定夺，以取得最佳的测试成果，更好地为工程服务。
八、结束语
综上所述，本文所研究的将弹性波测试技术应用于灌浆效果检测的问题具有广泛性和可行性，可以有效提高灌浆效果检测的准确率，从而为工程后期建设提供有效的数据参考。
参考文献：
[1]郝建军，赵媛，郭银景.平面弹性波信号在地层介质中的传输损耗特性[J].煤炭学报，2011，S1：211-214.
[2]尧德中.单程弹性波逆时偏移和相移偏移方法[J].石油地球物理勘探，2009，04：449-455+461-534.
[3]张中杰，滕言文，杨顶辉.声波与弹性波场数值模拟中的褶积微分算子法[J].地震学报，2009，01：63-69.
[4]盖秉政.论弹性波绕射与动应力集中问题[J].力学进展，2010，04：447-465.
[5]董良国，郭晓玲，吴晓丰，马在田.起伏地表弹性波传播有限差分法数值模拟[J].天然气工业，2009，10：38-41+133-134.
【关键词】 弹性波测试;灌浆效果;检测
一、前言
灌浆效果的检测需要应用科学有效的检测技术，弹性波测试就是其中一种较为有效的检测灌浆效果的技术，本文正是基于弹性波检测技术应用于灌浆效果检测这一问题展开论述。希望可以提高弹性波测试在灌浆效果测试中的使用水平。
二、弹性波测试概述
弹性波的传播实质上是应力和应变在介质中的传播，其特性决定于物质受力状态和传播介质的物理力学性质，如弹性模量、剪切模量和泊松比等。当固体介质受到外力冲击时，介质受到应力作用而产生应变，在作用于介质的应力消失后，应变和应力失去平衡，应变就在介质中以弹性波的形式由介质中的质点依次周围传播，这种弹性波成份比较复杂，既有面波又有体波，体波又分为压缩波（P波）和剪切波（S波），剪切波的垂直分量叫（SV）波，其水平分量称Sh波。在地层表面传播的面波可分为瑞雷波（Ray lcigh）和拉夫波（Love），各种波在介质中传播的特征和速度各不相同。
当坝基岩体存在破碎或局部的不连续架空裂隙时，破坏了岩体的均一性，不利于建坝（为了改善基础岩石的力学性能，增强坝基整体性，减少沉陷变形，需要对坝基岩体进行灌浆处理（利用物探弹性波测试技术，对坝基岩体灌浆质量进行全面检测，为坝基岩体灌后质量的评价和利用提供科学依据（该技术作为工程质量检测的重要手段，以其简便、快速、经济等优点，受到工程技术人员的青睐和重视，并在工程质量检测中，通过对岩土体的原位对比测试，了解岩土体结构性状，计算岩土体的动力学参数，以便对工程质量进行分析和评价，得到愈来愈广泛的应用，使其在工程质量检测中不断得到总结、完善、提高和发展。
三、工程概况
盘石头水库位于鹤壁市西30公里太行山峡谷中，是海河流域淇河的控制性工程，交通便利。水库趾板基岩灌浆测试钻孔2个，孔号S-1-3和S-4-1，孔深均为16m，其中S-1-3孔口高程217.66m，S-4-1孔口高程216.12m，孔间距9m。我们采用RSUT01声波仪对两钻孔灌浆前后进行超声波测试;并采用美国RS1225工程地震仪，电火花作爆炸震源，对两孔间基岩灌浆前后进行了弹性波跨孔测试。根据测试成果评价灌浆效果。超声波测试孔深64m，物理点320个。跨孔测试灌前、灌后各1次，物理点60个。
四、测试原理和技术
分别采用单孔测试和跨孔测试两种方式。单孔测试利用弹性波范畴中的超声波测井技术（简称声波测井）;跨孔测试采用弹性波跨孔技术。分别叙述如下。
1、单孔测试
依据地层岩性和钻孔条件，应用超声波测井，获取岩层纵波速度，对岩层进行完整性评价。声波测井主要研究超声波沿钻孔孔壁的传播。测试声波在钻孔中所通过地层里的传播速度以及能量衰减情况等，查明深部地层的层位、构造、裂缝、破碎带以及地层的动力特性等，为工程设计和施工提供必要的参数。
声波测井必须在钻孔内充满水，在水和孔壁岩体的分界处产生折射波，其折射波速等于接收间距/接收时差。测试采用一发双收装置。
如图1所示，发射换能器到第一接收距为0.5m，第二接收距0.7m，两接收间距0.2m。本次测量为点测，每移动0.2m测试一次。根据规范要求，两孔灌浆前后每次各做了10个点的重复检测工作，重复检测误差均小于5%，检查工作量大于10%。
2、跨孔测试
弹性波在基岩中的传播速度与基岩的质量相关，波速高的岩体质量好，波速低的岩体质量差，这就是检测基岩质量的基本原理。通过灌浆前后两次检测成果的对比，来评价灌浆效果。如图2所示，在两个钻孔中，检测时，先在其中一孔某一位置处激发弹性波，并在另一孔中几个等间隔位置处固定检波器，可测得几个弹性波小组旅行时;然后改变激发点位置，即激发点按每次移动1m，利用时间互换原理，激发孔和接收孔进行互换，直至完成全孔测试。
五、资料解释与成果分析
对野外获取资料经过软件处理，计算出纵波速度，绘制测试成果图。根据灌浆前后测试成果对灌浆效果进行评价。
1、单孔测试
S3-1-3孔灌前Vp=2410～5130m/s，Vp平均=4549m/s，局部裂隙发育有低速点存在;灌后Vp=3700～5260m/s，Vp平均=4981m/s，较灌前提高9.5%;S3-4-1孔灌前Vp=3450～5260m/s，Vp平均=4650m/s;灌后Vp=4000～5400m/s，Vp平均=4980m/s，较灌前提高7.1%。单孔测试成果如图3所示。从测试成果可以看出，灌前波速较低段，灌后波速提高显著;灌前波速较高段，灌后波速提高较少。可以看出：两个单孔灌浆效果较好。
2、跨孔测试
弹性波跨孔测试，灌前Vp=3200～5150m/s，灌后Vp=3830～5300m/s，较灌前提高1.4～19.7%不等，较灌前平均提高6.8%，灌浆效果较好。跨孔测试成果如图4所示。
六、弹性波测试最新进展研究
工程中的弹性波检测主要还是采用地震仪。通过向地下发射和接收弹性波，研究弹性波在介质中的传播，了解地质结构和介质的弹性性质，如杨氏模量，纵、横波速度和泊松比。通常也称地震波法。进入21世纪，为适应蓬勃发展的工矿市政建设项目，提高勘察精度和隐患检测的正确率，新一代工程地震仪必须在如下3个方面有所突破和提高。现以Geometrics公司生产的最新一代Strata Visor NX和NZ地震仪为例，进一步介绍：
1、仪器的高分辨率、高精度、高保真度要求 实现高分辨率关键是展宽通频带，尤其是提升高频;实现高保真度，则必须不失真地采集和记录频率、振幅和相位，要求仪器有最大的动态范围;实现高精度，除此以外还必需有一系列的诸如滤波、偏移等提高信噪比的措施。因此实现“三高”，说说容易其实很难，是一个系统工程。
2、高效的实时数据记录和处理
近年来在工矿界开展起来的小三维地震调查，肯定是弹性波测量的一个发展方向。实施三维勘探，伴随而至的是地震道数的迅速扩大和要求实时采集处理的数据量急剧膨胀。这就要求主机既要配置速度快，数据吞吐量大，用户窗口友善，使用简便的计算机控制系统，又要配备运算快，处理和交互功能极强的现场处理机。对于前者，StrataVisorNX和NZ配置了Pentium芯片;对于后者，增加了32位浮点阵列数据处理器DSP芯片，以提高乘加运算速度，特别是矩阵数据处理、褶积、反褶积和相关处理有关的高速运算和迭代控制、循环控制等等。
七、弹性波测试应用注意事项
1.弹性波测试技术在工程中有着广泛的应用前景。笔者认为只要测试方法对头，所得结果均能符合实际情况，达到我们的测试目的，满足工程需要。
2.作为简易的快速测试技术方法，均较易于为工程技术人员所掌握，并对岩体或其它工程作出定量或准定量的分析评价，从而避免了单凭经验判断的偏向。如果测试与经验判断有机地结合起来，互相弥补，效果会更加显著。
3.在作定量评价时，一定要依据工程实际情况和以往类似工程经验进行定夺，以取得最佳的测试成果，更好地为工程服务。
八、结束语
综上所述，本文所研究的将弹性波测试技术应用于灌浆效果检测的问题具有广泛性和可行性，可以有效提高灌浆效果检测的准确率，从而为工程后期建设提供有效的数据参考。
参考文献：
[1]郝建军，赵媛，郭银景.平面弹性波信号在地层介质中的传输损耗特性[J].煤炭学报，2011，S1：211-214.
[2]尧德中.单程弹性波逆时偏移和相移偏移方法[J].石油地球物理勘探，2009，04：449-455+461-534.
[3]张中杰，滕言文，杨顶辉.声波与弹性波场数值模拟中的褶积微分算子法[J].地震学报，2009，01：63-69.
[4]盖秉政.论弹性波绕射与动应力集中问题[J].力学进展，2010，04：447-465.
[5]董良国，郭晓玲，吴晓丰，马在田.起伏地表弹性波传播有限差分法数值模拟[J].天然气工业，2009，10：38-41+133-134.