一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，采用高吸水性樹脂為耦合材料，利用該樹脂吸水性高、保水性強(qiáng)、吸水后粘度大的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)探頭與鉆孔之間的耦合。該方法包括以下步驟：在測(cè)試鉆孔中放入高吸水性樹脂包；用超聲波探頭把樹脂包推進(jìn)到鉆孔深處；用橡膠封孔塞封孔；通過單向閥向鉆孔中注水，待高吸水性樹脂吸水膨脹變?yōu)槟z并充滿鉆孔后，即可實(shí)現(xiàn)探頭與孔壁間的水耦合。所述的封孔塞上設(shè)中心孔和偏心孔，其中超聲波測(cè)管通過中心孔，注水導(dǎo)管通過偏心孔。
【專利說明】一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，屬于巖土工程測(cè)試領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]超聲波法是圍巖松動(dòng)圈測(cè)試中最常用的方法之一，其原理是利用超聲波在巖土介質(zhì)中的傳播參數(shù)與介質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)存在明顯相關(guān)性，通過測(cè)試獲得的超聲波參數(shù)來反映巖體的完整性、裂隙發(fā)育程度及破裂范圍，為判斷巖體質(zhì)量、類別以及支護(hù)設(shè)計(jì)提供參考。
[0003]超聲波探頭與鉆孔之間的耦合是圍巖松動(dòng)圈超聲波測(cè)試中的技術(shù)關(guān)鍵，一般采用水耦合方法來解決這一問題，即先將圓柱形探頭置于鉆孔，再向封閉的鉆孔中注水，然后進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)試。但是，由于水的粘度較小，在裂隙發(fā)育圍巖或在水平和上向鉆孔中測(cè)試時(shí)，往往發(fā)生注水泄漏嚴(yán)重使鉆孔不能注滿的問題，從而大大影響了測(cè)試效率和測(cè)試結(jié)果的有效性，不能真實(shí)反映圍巖的性質(zhì)。因此，這一耦合方法有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明專利的目的在于提供一種新的圍巖松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，解決在裂隙發(fā)育圍巖或在水平和上向鉆孔中測(cè)試時(shí)因漏水而導(dǎo)致測(cè)試?yán)щy、數(shù)據(jù)失真的問題，提高測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，采用高吸水性樹脂為主耦合材料，利用該樹脂吸水性高、保水性強(qiáng)、吸水后粘度大的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)探頭與鉆孔之間的耦合。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，用于實(shí)現(xiàn)探頭與鉆孔孔壁間的水耦合，其特征在于包括以下步驟:
[0008]步驟一，將高吸水性樹脂包(2)置于鉆好的測(cè)試鉆孔(I)中；
[0009]步驟二，用超聲波探頭(3)把高吸水性樹脂包(2)向鉆孔(I)的深處頂進(jìn)；
[0010]步驟三，超聲波探頭(3 )完全進(jìn)入鉆孔(I)后，用橡膠封孔塞(4 )將鉆孔(I)封住；
[0011]步驟四，通過注水導(dǎo)管(6)向鉆孔(I)中注水，使高吸水性樹脂包(2)的外包裝溶解，最終暴露出的高吸水性樹脂會(huì)迅速吸水膨脹變?yōu)槟z而充滿鉆孔(I)。
[0012]步驟一具體包括，垂直向上鉆孔得到孔徑為40mm左右、深度為1.5m?5.0m的鉆孔(1)，所述的高吸水性樹脂包(2)是將高吸水性樹脂用易溶紙包裝，制成直徑約25_的柱狀高吸水性樹脂包，置于該鉆孔(I)中。
[0013]所述高吸水性樹脂包(2)制作時(shí)選用容積密度為0.6g/cm3,吸水倍率為100?1000倍的高吸水性樹脂。
[0014]所述高吸水性樹脂為粉狀或顆粒狀，優(yōu)選粒徑大于0.5mm而小于2mm的顆粒狀樹脂。
[0015]步驟二還包括，通過推動(dòng)超聲波測(cè)管(5 )將高吸水性樹脂包(2 )向鉆孔(I)深處推進(jìn)，該超聲波測(cè)管(5 )穿過橡膠封孔塞(4)伸向鉆孔(I)外部。
[0016]步驟四中所述注水導(dǎo)管(6 )穿過橡膠封孔塞(4 )和水管(7 )連接，該水管(7 )具有開閘閥(8)，用于控制進(jìn)水量。
[0017]有益效果:
[0018]耦合材料為高吸水性樹脂，該材料無毒、無害、無污染；高吸水性樹脂不僅吸水倍率高，而且保水能力強(qiáng)，吸水后為流動(dòng)性適中的粘性流體，不易泄漏，可保證充滿鉆孔；本發(fā)明適用性強(qiáng)，在各種方向鉆孔中以及裂隙巖體測(cè)試中均能取得良好的耦合效果，能保證測(cè)試數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法測(cè)試結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0023]一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，采用高吸水性材料為耦合材料，利用該樹脂吸水性高、保水性強(qiáng)、吸水后粘度大的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)探頭與鉆孔之間的耦合。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法進(jìn)行詳述。
[0024]某巷道設(shè)計(jì)斷面為直墻三心拱形斷面，凈寬4.194m，凈高2.85m，凈斷面10.5m2 ；采用拱形25U型鋼支架，棚距0.5m。受附近斷層影響，巖石破碎比較嚴(yán)重，呈松碎狀。由于漏水嚴(yán)重，常規(guī)方法不能滿足超聲波探頭耦合要求，因此無法獲得超聲波資料。
[0025]以下是本發(fā)明松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)試的具體步驟。測(cè)試中使用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)制造的BA -1I型松動(dòng)圈測(cè)量?jī)x。由于巷道頂板與兩幫的測(cè)試方法類似，僅以頂板測(cè)試為例加以說明，如圖1所示。
[0026]測(cè)試中采用以下具體步驟:
[0027](I)鉆鑿孔徑為40mm、深度為3.0m的垂直向上鉆孔1，計(jì)算得鉆孔容積為3768cm3。測(cè)試中使用粒徑1mm，容積密度0.6g/cm3,吸水倍率300倍的高吸水性樹脂2為耦合劑。計(jì)算得需一個(gè)鉆孔需用高吸水性樹脂12.56g，實(shí)際使用18g。將高吸水性樹脂用易溶紙包裝，制成直徑25mm的高吸水性樹脂包2。
[0028](2)把高吸水性樹脂包2放入鉆孔1，同時(shí)用超聲波探頭3將其頂住，推動(dòng)超聲波測(cè)管5將樹脂包2向鉆孔I深處頂進(jìn)。
[0029](3)超聲波探頭3進(jìn)入鉆孔I后，用橡膠封孔塞4封閉鉆孔I。
[0030](4)封孔后，連接注水導(dǎo)管6和水管7并打開閘閥8向鉆孔I中注水，3min后高吸水性樹脂包2的易溶紙包裝破裂，其內(nèi)的樹脂便可吸水膨脹變?yōu)槟z充滿鉆孔，這時(shí)即可進(jìn)行松動(dòng)圈測(cè)試。
[0031]測(cè)試時(shí)將探頭一次送到孔底，由里往外逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試結(jié)果如圖2所示，其中測(cè)點(diǎn)I?4曲線代表頂板上四個(gè)鉆孔測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果(相鄰鉆孔間距10m)。從圖2中看出，四個(gè)鉆孔測(cè)點(diǎn)反映出的現(xiàn)象基本一致:0?2.25m范圍內(nèi)測(cè)得的聲速較低，而測(cè)試深度大于2.25m后波速明顯較高并趨于穩(wěn)定。前者的低波速說明巖體破碎，裂隙發(fā)育；后者的穩(wěn)定的較高波速反映的是完整的原巖區(qū)聲波波速。因此得出結(jié)論:該巷道頂板松動(dòng)圈范圍約為 2.25m。
[0032]從實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的方法采用吸水性高、保水性強(qiáng)、吸水后粘度大的高吸水性樹脂作為耦合材料，可有效解決傳統(tǒng)松動(dòng)圈測(cè)試中漏水的問題，不僅適用于完整圍巖的松動(dòng)圈測(cè)試，也適用于裂隙巖體測(cè)試；不僅適合用于下向鉆孔松動(dòng)圈測(cè)試，也適用于水平或上向鉆孔測(cè)試，可保證測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠。而且本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，能有效松動(dòng)圈測(cè)試效率，特別適合于隧道、巷道、硐室等的圍巖松動(dòng)圈測(cè)試
[0033]應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，用于實(shí)現(xiàn)探頭與鉆孔孔壁間的水耦合，其特征在于包括以下步驟: 步驟一，將高吸水性樹脂包(2)置于鉆好的測(cè)試鉆孔(I)中； 步驟二，用超聲波探頭(3)把高吸水性樹脂包(2)向鉆孔(I)的深處頂進(jìn)； 步驟三，超聲波探頭(3 )完全進(jìn)入鉆孔(I)后，用橡膠封孔塞(4 )將鉆孔(I)封住； 步驟四，通過注水導(dǎo)管(6)向鉆孔(I)中注水，使高吸水性樹脂包(2)的外包裝溶解，待暴露出的高吸水性樹脂迅速吸水膨脹變?yōu)槟z而充滿鉆孔(I)后，即可實(shí)現(xiàn)探頭與孔壁之間的水耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，其特征在于，步驟一具體包括，垂直向上鉆孔得到孔徑為40mm左右、深度為1.5m?5.0m的鉆孔(I )，所述的高吸水性樹脂包(2)是將高吸水性樹脂用易溶紙包裝，制成直徑約25mm的柱狀高吸水性樹脂包，置于該鉆孔(I)中。
3.如權(quán)利要求2所述的一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，其特征在于，所述高吸水性樹脂包(2)制作時(shí)選用容積密度為0.6g/cm3,吸水倍率為100?1000倍的高吸水性樹脂。
4.如權(quán)利要求3所述的一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，其特征在于，所述高吸水性樹脂為粉狀或顆粒狀，優(yōu)選粒徑大于0.5mm而小于2mm的顆粒狀樹脂。
5.如權(quán)利要求1所述的一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，其特征在于，步驟二還包括，通過推動(dòng)超聲波測(cè)管(5)將高吸水性樹脂包(2)向鉆孔(I)深處推進(jìn)，該超聲波測(cè)管(5 )穿過橡膠封孔塞(4)伸向鉆孔(I)外部。
6.如權(quán)利要求1所述的一種松動(dòng)圈超聲波測(cè)試探頭耦合方法，其特征在于，步驟四中所述注水導(dǎo)管(6)穿過橡膠封孔塞(4)和水管(7)連接，該水管(7)具有開閘閥(8)，用于控制進(jìn)水量。
【文檔編號(hào)】G01N29/28GK103792292SQ201410038917
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】邵鵬, 邵宇晨 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)