二、声波探测
下面对声波探测在实际工程地质中推广使用而且效果显著的几个方面作一介绍。
（一）岩体弹性力学参数测定
岩体的弹性模量、泊松比、抗压强度等力学参数，对于有关工程围岩稳定性的评价，以及进行工程设计和施工都是极重要的基本参数，需要予以测定。这项工作是岩体声波探测的一项重要内容，无论在室内或现场均可进行[42]。
在实际工作时，先用声波仪测出待测的围岩纵波速度VP及横波速度VS，然后可计算出动弹性模量。用声波仪确定弹性模量诸参数，简便易行，省时省力，并能够便于现场大量布置测点，为有限单元法的计算创造必要条件。常见岩石的动弹性模量见表8-1。
表8-1 各种岩体的动弹性模量Ed
（二）岩体的工程地质分类
为了评价岩体质量，了解洞室及巷道围岩的稳定性，合理选择地下洞室或巷道的开挖方案，设计合理的支衬方案，都必须对岩体进行工程地质分类。
目前对岩体进行工程地质分类的声学参数，主要是纵波波速VP，和由此计算得到的裂隙系数Ls、完整性系数Kv和风化系数Fn等参数。在此基础上，根据多种判据综合形成岩体的工程地质分类方法。表8-2给出的综合评价方法是比较全面和可靠的。上述各种参数分别是这样定义的：
完整性系数
风化系数
裂隙系数
式中：VP体为岩体的波速；VP石为岩石的波速；VP新为新鲜岩石的波速；VP风为风化岩石的波速。
如对湖南江垭水电站坝址15个平洞中总长约500m地段做了双孔穿透声波测量，经过对纵横波速值的分析整理，计算出岩体动弹模量、完整性系数、风化系数等岩石力学参数，利用这些参数结合地质特征，对岩体进行结构分类和质量评价，划分出风化带、软弱层和破碎带。
表8-2 隧道围岩工程地质分类表
续表
（三）围岩应力松弛带的测定
洞室开挖前，岩体中应力处于平衡状态。开挖后，原始的应力平衡被破坏，引起了应力的重新分布，导致应力的释放与集中。为此引起岩体完整性的破坏和强度的下降，而出现了应力松弛带。为了在现场确定松动圈的范围，可用声波仪来测定。其原理是在洞壁应力下降区，岩体裂隙破碎，以致波速减小及振幅衰减较快；反之，在应力增高区，应力集中，波速增大，振幅衰减较慢[图8-6（b）]。因此，利用声波速度随孔深的变化曲线（图8-7），可以确定松弛带的范围。
图8-6 围岩松弛带的测定
Ⅰ—应力松弛带；Ⅰa—破碎带；Ⅰb—塑性带；Ⅱ—应力集中带；Ⅲ—弹性带（原岩带）
（四）混凝土强度检测
不少工程结构框架是由混凝土构成，因而混凝土浇灌质量的检测是现代工程施工质量检测的关键问题之一。影响混凝土质量的因素主要有混凝土龄期、水灰比、水泥型号等，而这些因素又与声波速度有关，在实际判定时，表8-3所列的数据可供参考。该表是在第二届国际应力波桩基应用会议上推荐的。
图8-7 波速VP随孔深L的变化曲线
V0—原始应力状态下纵波速度；L1—松弛带范围
表8-3 波速与混凝土质量的关系
此外，在混凝土构件中，可以用声波探测技术进行无损探伤。若出现波速异常或波幅异常，则根据异常情况可得出混凝土构件中是否存在裂纹或空洞的结论。
（五）水声探测技术
水声探测又称为浇地层剖面测量，是一种利用声波传播原理探测水下地形地貌地层结构和岩性分布的一门新技术。由于该方法能准确、高效、快速地完成水域工程建设，江河湖海、港口及滩涂等各项测量，故在水电、交通、海洋和地质各部门得到了广泛的应用。
水声探测的工作原理如图8-8所示，工作时发射机人工发射声脉冲（即声波），波向下传播，遇到具有不同波阻抗的分界面时，就会产生反射，接收机接收反射回来的微弱信号，经声-电转换放大后记录下来。
图8-8 地层剖面仪工作原理示意图
下面以测量某水库泥砂等淤积物为例，说明浅地层剖面测量的应用。众所周知，水库建成蓄水运用后，随之而来的是泥、砂等的淤积问题。水库淤积增长的速率直接关系到水库的寿命，因而掌握库区的淤积变化情况，是水库管理工作中至关重要的问题。
某水库建成后，设置淤积测量大断面18个，于1966年、1968年、1969年、1971年、1972年和1977年先后进行了六次常规淤积测量。每次用常规方法测量均耗费大量人力、物力和时间。1982年11月在水库采用SP-3型地层剖面仪测试近坝体的十条断面，总长40km，而工时仅十余天，测试成果如图8-9所示。纵观十条断面淤积情况，在水库中心附近，都有不同程度的明显淤积。
图8-9 某水库淤积横断面图