摘要:
岩土体的横波速度是地质勘查的一项非常重要的技术指标,它是地层结构划分(鉴别岩性、划分地层等)、场地类别划分、抗震结构设计的重要依据,也是计算地层岩石的机械特性(如泊松比,杨氏模量及拉梅系数等)的重要基础.国内外石油行业已经掌握了横波测区方法,并研发出多种适用于不同型号的横波测试设备.然而,在中国的水工环调查/勘察领域,对横波的测取技术不成熟、不完善,第四系地层中横波测试以扣板法和跨孔法为主,受测试深度、精度以及钻孔施工质量的影响,提取横波仍有一定难度.本文根据当前水工环地质调查需求,开展偶极子横波震子的开发与对比测试研究.利用2种圆片型(Φ25×1、Φ30×1)、1种圆管型(Φ40×Φ36×35)和2种长条形型(80×20×2、73×21×2)等3种类型5种几何形状的压电陶瓷(PZT)制作工艺,分别与不同规格的铜、铝、钢3种金属材料制成的框架配合,粘接开发多种型号的偶极子横波震子.采用储能升压的方式产生激励电压,激励压电陶瓷产生震动.供电电压60-90V充电储能电容,控制电路产生的脉冲信号(周期0.5s,脉宽0.5ms,幅度9V)加在高反压MOS管的控制级控制导通,储能电容经MOS管源级、漏级、升压变压器初级到地放电,在升压变压器次级产生近1000V脉冲电压,用于激励压电陶瓷产生震动.分别根据不同规格的压电陶瓷片、压电陶瓷管和不同形状的支架组成的偶极子换能器,开展发射能量与接收性能的对比试验.得出圆柱形钢支架和长条形压电陶瓷制作的偶极子换能器,发射首波频率1.25kHz-1.33kHz,效果最好;方钢支架(53×53)和圆片形压电陶瓷片(Φ30×1)制作的偶极子换能器,发射首波频率1.689kHz,效果次之.根据工程经验,结合隔音与密封技术,设计制作1发4收的偶极子横波测井探管.选取西北地区典型水文孔,开展野外测试试验.选取不同深度的软硬地层,结合钻孔岩性柱状图,分析偶极子换能器的实验效果.本论文中讨论了横波偶极子换能器的开发与对比试验,完善和增加了中国水工环勘察领域的技术手段.研究结果适用于地质灾害勘察中的基岩、滑带、滑体、岩溶、空洞的识别等方面,具有显著的应用效果,拥有非常广阔的应用前景.