声波检测技术在基坑支护结构安全性检测中的应用

为了给基坑支护结构安全性检测提供一种新的方法和思路,探讨了主要声波检测技术在基坑支护结构安全性检测中的应用。结果表明:声波检测技术可有效地检测基坑支护结构中的缺陷和裂缝,及时发现基坑支护结构中潜在的问题,并能有效监测基坑周边地下水位和土体变形情况。

超声波检测桩基缺陷之声波衰减影响因素分析

桩基缺陷会影响其结构稳定性,常采用超声波进行检测,而在超声波检测中,声波的传播特性受到多种因素的影响,进而出现声波衰减现象。为了分析声波衰减的影响因素,以某房建桩基工程为研究对象,基于声波基本方程展开分析,并对该工程的桩基缺陷进行检测,检测结果显示,3#桩基存在可疑空洞缺陷,4#桩基存在可疑夹泥缺陷,需对其进行进一步检测,以确定桩基缺陷的具体情况。研究表明:当弹性模量较小时,激发频率、混凝土粒径对衰减系数的影响较大;当弹性模量较大时,激发频率、混凝土粒径对衰减系数的影响较不明显。不同混凝土密度下的声波衰减系数差异较小,其间的最大差值不足0.01db/m,说明虽然混凝土密度会影响声波的衰减情况,但是其影响程度较小。

声波及井间层析与地震波衰减探究地面沉降机理——以成都地铁火车南站为例

利用场地内4个勘探孔,采用井间地震层析成像方法,并结合井间地震波衰减分析,查明了成都轨道交通18号线火车南站沉降原因。成都地铁火车南站基坑东侧泥岩声波速度比西侧低,且穿透泥岩的地震波低频能量强,高频弱,高频成份衰减大;而西侧穿透泥岩的地震波高频能量强,高频成份衰减小。说明基坑东侧,泥岩裂隙较发育,泥岩强度较低,西侧泥岩层则较完整。由于东侧有许多废弃地源热泵深井,泥岩在长期的热交换作用下使岩体产生物理风化。同时,地下水沿泥岩节理裂隙运动,进一步软化泥岩,降低岩体承载能力,导致地面沉陷。在传统的地震波层析成像中引入地震波衰减的分析更加有利于查明岩体性质,从而查明地面沉降病因,采取针对性的工程治理措施。

超声脉冲窄带激励的水泥环第二界面探测方法

如何评价水泥环的第二界面固井质量一直是声波测井领域的世界性难题。该文利用有限元方法研究了基于超声脉冲反射法的水泥环第二界面固井质量探测方法。数值模拟了不同声源脉冲宽度及不同声阻抗地层对第二界面超声反射回波的影响。研究结果表明采用窄带的激励信号源可有效提高水泥环第二界面反射波回波幅度,有望解决水泥环第二界面固井质量评价问题。制作了水泥环第二界面具有胶结缺陷的实验室样品及大型固井质量刻度井,在此基础上开展了基于窄带超声脉冲激励的实验室及刻度井群实验研究。实验结果表明满足水泥环第一界固井质量良好条件,采用窄带的超声脉冲回波技术可有效评价水泥环第二界面固井质量。

随钻声波测井四极子发射换能器的设计

随钻四极子发射换能器作为随钻声波仪器的核心部件,其工作性能直接影响随钻地层横波的测量效果。提出一种基于金属基片结构的随钻四极子发射换能器,其一阶弯曲模式可用于随钻四极子声源。利用有限元法对该换能器进行了设计分析,结果表明在5 kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其径向位移值分布及发射电压响应均优于现用的瓦片状四极子换能器,非常适合随钻四极子工作频率及声场的测量需求。针对一阶弯曲振动模态,数值模拟了几何尺寸对金属基片结构的四极子换能器性能参数的影响。换能器谐振频率随着陶瓷片厚度、陶瓷片高度、陶瓷片张开角度、金属基片厚度的增大而升高。最大发射电压响应随陶瓷片高度、陶瓷片张开角、金属片厚度的增大而升高;随着陶瓷片厚度的增大先升高后逐渐降低。金属基片采用铝片可以使换能器有较大的发射功率。数值模拟结果可以对随钻声波测井仪四极子发射换能器的设计提供参考。

胶东栖霞地区西林断裂带深部结构特征与找矿方向

近年来,西林断裂带找矿勘查工作发现其深部显示出良好的金矿化前景,该断裂带有望成为胶东重要成矿区带之一并引领胶东金矿找矿方向的战略性转移。西林断裂带深部结构特征是制约该断裂带找矿取得突破亟需解决的关键科学问题。本次开展反射地震、可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、广域电磁测深及机械岩心钻探工作对西林断裂带深部构造特征进行揭露,识别了区内不同地质体的物性特征,推断了西林断裂带的深部空间展布形态,在600 m~800 m标高位置出现较为明显的高阻、低阻分带现象。通过钻探揭露,西林断裂带与围岩接触位置为610 m标高,验证了本次物探工作对西林断裂带赋存位置的推断并控制了西林断裂带的深部延伸情况,为西林断裂带进一步地质工作提供了地球物理依据。

声波远探测测井与地震缝洞精细评价技术

地震勘探探测范围广、空间尺度大,数据采集、处理、解释体系完善,资料运用率高,但纵向分辨率低。声波远探测可实现井周数十米范围内的异常体探测,克服了常规测井方法探测深度浅的局限,具有很高的纵向、周向、径向分辨率,但偶极横波远探测具有180◦方位不确定性,径向探测范围不及地震勘探。该研究将两者优势结合,通过对缝洞型地质异常体远探测和地震响应特征进行综合分析,约束远探测方位解释结果,精细刻画地质异常体形态及发育情况,完善远探测测井的横向延伸信息,有效提高远探测解释的精准度,最终形成声波远探测测井与地震一体化缝洞综合评价技术,提升缝洞油气藏钻遇率和开发效率。在塔河等缝洞发育地区进行应用,实现多尺度、全方位和高精度的地质异常体描述与解释,为解决油气勘探过程中由地震分辨率不足造成的脱靶等现象提供了新的思路。

慢度-时间相关法与遗传算法结合提取阵列声波时差

基于遗传算法的全局寻优特点和慢度-时间相关法提取时差的原理,提出了慢度-时间相关法与遗传算法结合的阵列声波测井资料处理方法。详细阐述了慢度-时间相关法与遗传算法结合求取声波时差方法的实现过程与关键操作步骤。慢度-时间相关法与遗传算法结合可将慢度-时间相关法中反映波形相似程度的相关函数作为遗传算法的目标函数,应用遗传算法寻找其最大值,得到与最大目标函数值对应的首波到达时间和慢度值。该方法不受首波到达时间步长与慢度步长大小的影响,并且只需要做部分计算就可以获得给定的时差、首波到达时间范围内的全局最优解。用该方法处理了大庆油田地区2口交叉式多极子阵列声波测井资料,并将处理结果与商业化软件eXpress处理结果进行了对比,两者具有较好的一致性,满足现场解释精度要求。

用声波时差研究泥岩盖层毛细管封闭能力

通过泥岩排替压力与孔隙度及孔隙度与声波时差之间关系的分析 ,建立了泥岩排替压力与声波时差之间的定量函数关系。根据此关系 ,利用声波时差可获得大量的排替压力信息 ,据此不仅可以研究泥岩盖层毛细管封闭能力的剖面变化特征 ,而且还可以研究泥岩盖层毛细管封闭能力的平面变化特征。通过泥岩排替压力与声波时差之间的函数关系 ,利用声波时差资料较容易地确定泥岩盖层毛细管封闭能力形成时期 ,结合烃源岩的大量排烃期可以判断泥岩盖层毛细管封闭油气的有效性。塔里木盆地的实例应用结果表明 。

各向异性介质中横波特征的实验研究

本文利用剪切振动的超声换能器作发射声源和接收器，在实验室内观测横波在已知弹性结构的人工复合材料和裂隙细砂岩样品中的传播特征。由实验证实：（1）横波浩复合材料层面或岩样裂隙方向传播时，存在两种速度的横波：其中快横波的偏振方向平行样品的弹性结构方向（层面或走向裂隙），而慢横渡的偏振方向垂直结构方向。（2）当入射横渡（发射器或接收器）偏振方向与样品弹性结构方向平行或垂直时，只能观测到一种横渡（快或慢横波），而在其它方位可同时观测到快、慢横波。快、慢横波的相位与发、收换能器的偏振性能有关，振幅可用方位角或偏振角的三角函数未表示。（3）比较两种样品的弹性结构特征发现，它们具有相同的速度各向异性，但快、慢横波的衰减特性不同。这表明各向异性介质的弹性结构方向控制着速度各向异性，而结构特征影响横波的衰减各向异性。

远探测声反射成像测井裂步式傅里叶法偏移成像

远探测声反射成像测井相比地震勘探有更高的分辨率,相比常规声波测井有更深的横向探测深度,可以对井外裂缝、孔洞及其他地质界面进行探测,进而对复杂、隐蔽性油气藏进行评价。有效的偏移成像算法是声反射成像测井资料应用的关键。提出远探测声波井下裂步傅里叶叠前深度偏移方法进行偏移成像处理。该方法基于地震资料处理方法中的裂步式傅里叶偏移方法,针对声反射测井作了相应的改进,不受倾角限制和频散的影响,同时,可以适应速度场中等程度的垂向变化。通过数值模拟数据以及实际资料的处理验证了该方法的有效性。

岩溶路基注浆质量瞬态瑞雷面波法检测数值模拟

为探讨瞬态瑞雷面波法用于铁路岩溶路基注浆质量检测的有效性,根据现场典型的地质断面特征,分别建立了无溶洞发育的两层介质起伏界面模型和有溶洞发育的两层介质起伏界面溶洞模型.通过改变数值模型中局部介质的物性模拟岩溶路基注浆前后的变化.用瞬态激振力模拟现场锤击振动,对比分析注浆前后地表检测点频散曲线的变化特征.研究结果表明:无溶洞发育时,注浆后频散曲线主要以波速提高为主;有溶洞发育时,注浆后频散曲线不仅波速提高,而且注浆前频散曲线的"之"字形扭曲现象消失,与现场检测结果基本一致.

三叠片型偶极声波测井换能器的有限元设计

三叠片型偶极声波测井换能器可以用来测量快速地层和慢速地层的横波速度。基于有限元方法,对三叠片型偶极发射声波换能器进行结构仿真与设计。系统探讨了换能器尺寸和结构各参量的改动对换能器频率特性和辐射特性的影响。当压电陶瓷片的厚度增加、金属基片的厚度增加,或者压电陶瓷片的长度增加时,换能器的谐振频率升高;当金属基片的长度增加时,换能器的谐振频率降低。换能器的声辐射效率随压电陶瓷片或者金属基片长度的增加而增加,随它们厚度的增加而降低。

测井声波首波检测及其相关性校正

阐述数字阵列声波首波位置检测方法。利用背景噪声的均值和方差设定声波首波检测门限;采用跟踪检测手段,保证首波检测的准确性和实时性;利用相邻波列声波传输时间的相关性,进一步改善首波位置检测的合理性。

用光纤电缆传输信号的多种频率阵列声波测井

介绍了光纤电缆传输系统传输速率为10Mbit/s的多频率阵列声波测井仪及实际测井案例。多种频率阵列声波测井仪器的声系能在井下发射频率为10、204、0kHz等3种声波信号,用2组各有8个接收探头组成的接收阵列。用3种频率的探头进行的井下声学性质测量,可以获得在井壁附近不同径向深度处的介质的声学性质的测量记录结果。用长度为4250m的光缆及相应的井下电-光转换系统(井下光端机),井下光电马笼头,地面绞车上的光电转换滑环(光电滑环)和地面的光-电转换系统(地面光端机),已经能保证所传输信号的损失在10dB以下,目前已经能以1.25Mbit/s的速率传输井下采集的3种频率的声波波列信号,并已在辽河油田的模拟井内成功地进行了现场实验。

超声波透射法在人工挖孔桩缺陷检测中的应用研究

介绍了超声波透射法检测桩身完整性的基本原理,分析了超声波声学参数与混凝土质量的关系。通过2根模型桩实测数据判断结果与模型桩缺陷设计进行对比分析,表明超声波透射法能够准确的判断人工挖孔桩的缺陷部位、大小及严重程度等信息,说明超声波透射法是一种行之有效的桩身完整性无损检测方法。

一种随钻四极子复合发射换能器的设计

设计了一种基于金属基片结构的随钻四极子复合发射换能器。采用有限元法数值模拟了换能器的频域及时域声学响应,考察了钻铤结构及声源激励脉冲宽度对其声学特性的影响,实际封装制作了发射换能器并进行了消声水池实验测试。测试结果表明,该发射换能器的谐振频率、发射电压级及水平指向性与数值模拟结果吻合较好。该换能器在频率4.7 kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其发射电压级可达126.2 dB,具备低频、大功率的辐射特点,可满足随钻四极子声波测井需求。

超声波法在石拱桥检测中的应用

我国在20世纪50年代修建了大量的铁路石拱桥,桥龄大部分为50年左右,这些石拱桥大多还在运营使用中,对这些石拱桥的维修检测是十分必要的。提出用超声波法对桥体内部结构进行检测,通过绘制速度等值线图,可以直观的看到低速区,为石拱桥的维修设计提供可靠的技术支持,可以有针对性的打孔注浆治理,并且对注浆处理后的桥体进行复检。此外,还可以对维修结果进行评价。

储层裂隙波场特征物理摸型实验研究

储层中裂缝的存在必然引起地震波传播特征的变化，波场特征的变化同储层中裂缝密度和裂缝方位有关，因而这种特征变化可以作为检测裂隙存在的有效手段。本文利用物理模型方法研究了裂缝密度和方位角变化对地震波传播特征的影响。实验发现：裂缝密度较高时，可以观测到明显的横波分裂现象；而裂缝密度较低时，仅能观测到微小的速度异常。同时快横渡与慢横波在振幅和频率特征上也具有明显差异。这些波场特征的分析对于裂缝检测具有重要意义。

随钻声波测井圆弧状压电阵子的有限元分析

圆弧状压电阵子是随钻声波测井仪发射换能器的核心部件。利用有限元法对圆弧状压电阵子进行了设计分析,结果表明20kHz以下频率范围内主要存在弯曲振动模态及径向振动模态,且径向振动模态能够满足随钻声波单极测量模式的工作频率要求。针对径向振动模态,数值模拟了几何尺寸对压电阵子声学性能参数的影响。圆弧状压电阵子的谐振频率随着陶瓷片厚度的增大而升高;随着陶瓷片高度、半径及张开角的增大而降低。圆弧状压电阵子的最大发射电压级幅值随着陶瓷片厚度、张开角的增大而降低;随着半径的增大而升高;随着陶瓷片高度的增大,最大发射电压级幅值先升高后逐渐降低。以外径为6.75in的钻铤为例,最优化设计了圆弧状压电阵子的尺寸,使其满足钻铤模式波隔声阻带中心频率的要求,同时保证了压电阵子具有最大发射电压级。数值模拟结果可以对随钻声波测井仪发射换能器设计起到良好的指导作用。