CN103792292A - 一种松动圈超声波测试探头耦合方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种松动圈超声波测试探头耦合方法，采用高吸水性树脂为耦合材料，利用该树脂吸水性高、保水性强、吸水后粘度大的特点来实现探头与钻孔之间的耦合。该方法包括以下步骤：在测试钻孔中放入高吸水性树脂包；用超声波探头把树脂包推进到钻孔深处；用橡胶封孔塞封孔；通过单向阀向钻孔中注水，待高吸水性树脂吸水膨胀变为凝胶并充满钻孔后，即可实现探头与孔壁间的水耦合。所述的封孔塞上设中心孔和偏心孔，其中超声波测管通过中心孔，注水导管通过偏心孔。

Description

一种松动圈超声波测试探头耦合方法

技术领域

本发明专利涉及一种松动圈超声波测试探头耦合方法，属于岩土工程测试领域。

背景技术

超声波法是围岩松动圈测试中最常用的方法之一，其原理是利用超声波在岩土介质中的传播参数与介质物理力学指标存在明显相关性，通过测试获得的超声波参数来反映岩体的完整性、裂隙发育程度及破裂范围，为判断岩体质量、类别以及支护设计提供参考。

超声波探头与钻孔之间的耦合是围岩松动圈超声波测试中的技术关键，一般采用水耦合方法来解决这一问题，即先将圆柱形探头置于钻孔，再向封闭的钻孔中注水，然后进行逐点测试。但是，由于水的粘度较小，在裂隙发育围岩或在水平和上向钻孔中测试时，往往发生注水泄漏严重使钻孔不能注满的问题，从而大大影响了测试效率和测试结果的有效性，不能真实反映围岩的性质。因此，这一耦合方法有待改进。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种新的围岩松动圈超声波测试探头耦合方法，解决在裂隙发育围岩或在水平和上向钻孔中测试时因漏水而导致测试困难、数据失真的问题，提高测试数据的可靠性。

本发明所采用的技术方案是：一种松动圈超声波测试探头耦合方法，采用高吸水性树脂为主耦合材料，利用该树脂吸水性高、保水性强、吸水后粘度大的特点来实现探头与钻孔之间的耦合。

本发明采用如下技术方案：

一种松动圈超声波测试探头耦合方法，用于实现探头与钻孔孔壁间的水耦合，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将高吸水性树脂包（2）置于钻好的测试钻孔（1）中；

步骤二，用超声波探头（3）把高吸水性树脂包（2）向钻孔（1）的深处顶进；

步骤三，超声波探头（3）完全进入钻孔（1）后，用橡胶封孔塞（4）将钻孔（1）封住；

步骤四，通过注水导管（6）向钻孔（1）中注水，使高吸水性树脂包（2）的外包装溶解，最终暴露出的高吸水性树脂会迅速吸水膨胀变为凝胶而充满钻孔（1）。

步骤一具体包括，垂直向上钻孔得到孔径为40mm左右、深度为1.5m～5.0m的钻孔（1），所述的高吸水性树脂包（2）是将高吸水性树脂用易溶纸包装，制成直径约25mm的柱状高吸水性树脂包，置于该钻孔（1）中。

所述高吸水性树脂包（2）制作时选用容积密度为0.6g/cm3，吸水倍率为100～1000倍的高吸水性树脂。

所述高吸水性树脂为粉状或颗粒状，优选粒径大于0.5mm而小于2mm的颗粒状树脂。

步骤二还包括，通过推动超声波测管（5）将高吸水性树脂包（2）向钻孔（1）深处推进，该超声波测管（5）穿过橡胶封孔塞（4）伸向钻孔（1）外部。

步骤四中所述注水导管（6）穿过橡胶封孔塞（4）和水管（7）连接，该水管（7）具有开闸阀（8），用于控制进水量。

有益效果：

耦合材料为高吸水性树脂，该材料无毒、无害、无污染；高吸水性树脂不仅吸水倍率高，而且保水能力强，吸水后为流动性适中的粘性流体，不易泄漏，可保证充满钻孔；本发明适用性强，在各种方向钻孔中以及裂隙岩体测试中均能取得良好的耦合效果，能保证测试数据的真实性。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为松动圈超声波测试探头耦合方法测试结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

一种松动圈超声波测试探头耦合方法，采用高吸水性材料为耦合材料，利用该树脂吸水性高、保水性强、吸水后粘度大的特点来实现探头与钻孔之间的耦合。下面结合实施例对本发明的松动圈超声波测试探头耦合方法进行详述。

某巷道设计断面为直墙三心拱形断面，净宽4.194m，净高2.85m，净断面10.5m2；采用拱形25U型钢支架，棚距0.5m。受附近断层影响，岩石破碎比较严重，呈松碎状。由于漏水严重，常规方法不能满足超声波探头耦合要求，因此无法获得超声波资料。

以下是本发明松动圈超声波测试探头耦合方法实现超声波测试的具体步骤。测试中使用中国矿业大学制造的BA－Ⅱ型松动圈测量仪。由于巷道顶板与两帮的测试方法类似，仅以顶板测试为例加以说明，如图1所示。

测试中采用以下具体步骤：

（1）钻凿孔径为40mm、深度为3.0m的垂直向上钻孔1，计算得钻孔容积为3768cm3。测试中使用粒径1mm，容积密度0.6g/cm3，吸水倍率300倍的高吸水性树脂2为耦合剂。计算得需一个钻孔需用高吸水性树脂12.56g，实际使用18g。将高吸水性树脂用易溶纸包装，制成直径25mm的高吸水性树脂包2。

（2）把高吸水性树脂包2放入钻孔1，同时用超声波探头3将其顶住，推动超声波测管5将树脂包2向钻孔1深处顶进。

（3）超声波探头3进入钻孔1后，用橡胶封孔塞4封闭钻孔1。

（4）封孔后，连接注水导管6和水管7并打开闸阀8向钻孔1中注水，3min后高吸水性树脂包2的易溶纸包装破裂，其内的树脂便可吸水膨胀变为凝胶充满钻孔，这时即可进行松动圈测试。

测试时将探头一次送到孔底，由里往外逐点进行测量。测试结果如图2所示，其中测点1～4曲线代表顶板上四个钻孔测点的测试结果（相邻钻孔间距10m）。从图2中看出，四个钻孔测点反映出的现象基本一致：0～2.25m范围内测得的声速较低，而测试深度大于2.25m后波速明显较高并趋于稳定。前者的低波速说明岩体破碎，裂隙发育；后者的稳定的较高波速反映的是完整的原岩区声波波速。因此得出结论：该巷道顶板松动圈范围约为2.25m。

从实施例可以看出，本发明的方法采用吸水性高、保水性强、吸水后粘度大的高吸水性树脂作为耦合材料，可有效解决传统松动圈测试中漏水的问题，不仅适用于完整围岩的松动圈测试，也适用于裂隙岩体测试；不仅适合用于下向钻孔松动圈测试，也适用于水平或上向钻孔测试，可保证测试结果真实可靠。而且本发明操作简单，能有效松动圈测试效率，特别适合于隧道、巷道、硐室等的围岩松动圈测试

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种松动圈超声波测试探头耦合方法，用于实现探头与钻孔孔壁间的水耦合，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将高吸水性树脂包（2）置于钻好的测试钻孔（1）中；

步骤二，用超声波探头（3）把高吸水性树脂包（2）向钻孔（1）的深处顶进；

步骤三，超声波探头（3）完全进入钻孔（1）后，用橡胶封孔塞（4）将钻孔（1）封住；

步骤四，通过注水导管（6）向钻孔（1）中注水，使高吸水性树脂包（2）的外包装溶解，待暴露出的高吸水性树脂迅速吸水膨胀变为凝胶而充满钻孔（1）后，即可实现探头与孔壁之间的水耦合。

2.如权利要求1所述的一种松动圈超声波测试探头耦合方法，其特征在于，步骤一具体包括，垂直向上钻孔得到孔径为40mm左右、深度为1.5m～5.0m的钻孔（1），所述的高吸水性树脂包（2）是将高吸水性树脂用易溶纸包装，制成直径约25mm的柱状高吸水性树脂包，置于该钻孔（1）中。

3.如权利要求2所述的一种松动圈超声波测试探头耦合方法，其特征在于，所述高吸水性树脂包（2）制作时选用容积密度为0.6g/cm3，吸水倍率为100～1000倍的高吸水性树脂。

4.如权利要求3所述的一种松动圈超声波测试探头耦合方法，其特征在于，所述高吸水性树脂为粉状或颗粒状，优选粒径大于0.5mm而小于2mm的颗粒状树脂。

5.如权利要求1所述的一种松动圈超声波测试探头耦合方法，其特征在于，步骤二还包括，通过推动超声波测管（5）将高吸水性树脂包（2）向钻孔（1）深处推进，该超声波测管（5）穿过橡胶封孔塞（4）伸向钻孔（1）外部。

6.如权利要求1所述的一种松动圈超声波测试探头耦合方法，其特征在于，步骤四中所述注水导管（6）穿过橡胶封孔塞（4）和水管（7）连接，该水管（7）具有开闸阀（8），用于控制进水量。

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