含孔洞岩样中超声波传播特性的数值模拟研究.pdfVIP

第４８卷第１６期山西建筑Ｖｏｌ．４８Ｎｏ．１６

２０２２年８月Ａｕｇ．２０２２·１·

ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ

·专家荐稿·

１０．１３７１９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６８２５．２０２２．１６．００１

ＤＯＩ：

含孔洞岩样中超声波传播特性的数值模拟研究★

高结旺，黄宜超，邹杰平

（江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州３１４０００）

摘要：在地下施工过程中，由于岩土体自身存在缺陷，在人工扰动的情况下极易造成失稳破坏。为探究不同孔洞形态下超

声波传播特性，利用ＣＯＭＳＯＬ软件建立不同孔洞尺寸、角度和形状模型，分析了单孔洞下尺寸、角度、形状三个单因素变量对

超声波传播规律的影响。研究表明：孔洞几何特征对超声波传播产生的影响关系为孔洞尺寸＞孔洞角度＞孔洞形状；超声波

透射信号和波幅透射系数与垂直于声波传播方向孔洞尺寸或面积存在负相关性，表明垂直于声波传播方向孔洞尺寸或面积

是造成声波能量衰减的主要原因；声压极大值峰值时间点和大小与孔洞尺寸呈正相关，声压极大值峰值时间点与孔洞角度呈

负相关，与峰值大小呈正相关，声压极大值最大峰值时间点和大小与孔洞平行声波传播方向的尺寸呈正相关。

关键词：超声波透射；孔洞岩样；数值模拟；透射系数

中图分类号：Ｐ６３１文献标识码：Ａ１００９－６８２５（２０２２）１６－０００１－０６

文章编号：

随着社会经济发展和人民物质需求的日益增长，国最大影响。

家对于地下资源开采和建设逐渐加大。而岩土体在自然大量研究者从室内试验和数值模型研究了超声波在

条件下，风化作用导致其内部常存在大小、形状不一的宏介质中传播特性，并指出超声波衰减系数、振幅、波速、相

［１４］

微观缺陷，这种自身存在的缺陷给岩土体安全稳定带来位对孔洞结构的变化更敏感。但目前对于超声波在

潜在的危害，而在人为扰动、地震等外界因素影响下进一介质中传播规律的数值模拟研究主要集中在二维数值模

步加剧了岩土体的失稳破坏，时常给地下施工带来巨大型，很难真实的反映超声波在地下岩土体三维空间中的

［１－３］传播规律。为深入研究含孔洞岩样中超声波传播特性，

的生命财产安全威胁。因此，对岩土体缺陷结构特

征超前感知与识别，可以为地下工程施工提供宝贵的工利用ＣＯＭＳＯＬ软件分别建立了不同孔洞尺寸、角度、形状

［４－６］三维孔洞压力声学模型，分别从超声波透射信号、波幅透

程经验。

近些年，超声波探伤等技术被广泛的运用在地下岩射系数、声压快照图、声压极大值四个方面分析超声波传

土工程中。通过分析超声波在岩土体传播过程中的声学播规律。为下一步原位声波识别复杂的洞缝组合结构提

参数与岩土体结构特征等之间的关系，可以识别地下岩供理论依据。

体结构、构造等基本情况，为减少因地下施工所带来的安１数值模型的建立

全事故提供前期准备［７］［８］

。Ｍ．Ｋｕｍａｒ等研究发现当介质采用５０ｍｍ×１００ｍｍ圆柱体岩样模型，岩样密度

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孔洞尺寸远小于声波波长时，孔洞形状是影响声波波速３