Page 131 - 《应用声学》2022年第3期

第 41 卷 第 3 期 Vol. 41, No. 3
2022 年 5 月 Journal of Applied Acoustics May, 2022

⋄ 研究报告 ⋄

超声纵波在孔隙砂岩中的传播特性实验 ∗

廖文博 1 管华栋 1,2† 王观石 1,2 罗嗣海 3

(1 江西理工大学土木与测绘工程学院 赣州 341000)
(2 江西理工大学江西省环境岩土与工程灾害控制重点实验室 赣州 341000)
(3 南昌航空大学土木建筑学院 南昌 330000)
摘要：为了深入研究不同入射频率下超声波纵波在砂岩中的传播特性，以灰、红、褐砂岩为研究对象，开展了基
于 50 kHz、100 kHz、200 kHz、500 kHz 和 1000 kHz 入射频率的超声波纵波测试。提取纵波波速、幅值衰减系
数、主频幅值、波形能量这些声学参数，结合入射频率和砂岩孔隙率进行传播特性的相关性分析。结果表明，在
3 种砂岩中，纵波波速随入射频率增大呈非线性增长趋势，砂岩种类不同，波速增长规律也不同；波形能量和主
频幅值随入射频率呈指数关系降低；灰、红砂岩纵波波速随孔隙率越大，下降速率越大，褐砂岩在同级孔隙率
下波速差异性明显。建立了基于 3 种砂岩的入射频率和幅值衰减系数的回归方程；基于 200 kHz 的入射频率，
建立了砂岩孔隙率于波形能量的回归方程，实际测试中建议采用 200 kHz 作为入射频率，可较好兼顾检测的灵
敏度和探测距离。研究成果为建立声学参数与砂岩抗压强度之间的内在联系提供了更多数据支撑，为实际物
探测试中超声波入射频率的选择提供参考。
关键词：砂岩；超声波纵波；入射频率；孔隙率；声学参数
中图法分类号: TU458 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2022)03-0453-09
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2022.03.016

The propagation characteristics of ultrasonic P-wave in sandstone at different

incidence frequencies

LIAO Wenbo 1 GUAN Huadong 1,2 WANG Guanshi 1,2 LUO Sihai 3
(1 School of Civil Engineering and Surveying and Mapping, Jiangxi University of Science and Technology,
Ganzhou 341000, China)
(2 Jiangxi Key Laboratory of Environmental Geotechnical and Engineering Disaster Control,
Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China)
(3 School of Civil Engineering and Architecture, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330000, China)

Abstract: In order to study the propagation characteristics of ultrasonic longitudinal waves in sandstone under
different incident frequencies, the ultrasonic longitudinal wave tests based on the incident frequencies of 50 kHz,
100 kHz, 200 kHz, 500 kHz and 1000 kHz were carried out with gray, red and brown sandstone as the research
objects. Acoustic parameters such as wave velocity, amplitude attenuation coefficient and dominant frequency
amplitude were extracted, and the correlation analysis of propagation characteristics was carried out by
combining incident frequency and sandstone porosity. The results show that in the three kinds of sandstones,
the longitudinal wave velocity increases nonlinearly with the increase of incident frequency, and the growth

2022-01-06 收稿; 2022-03-04 定稿
江西省教育厅科学技术研究项目 (GJJ190499), 江西理工大学人才培养项目 (205200100112), 桥梁无损检测与工程计算四川省高校重
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点实验室 2021 年度开放基金项目 (2021QYY01)
作者简介: 廖文博 (1995– ), 男, 江西赣州人, 硕士研究生, 研究方向: 岩石力学。
† 通信作者 E-mail: yidixuezi@126.com