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摘要：随着弹性动力学的研究的进展以及学科交叉发展的需要，波动理论在岩土工程中的应用越来越广泛。通过回顾波动理论的发展历程，总结了工程波动理论在岩土工程测试中应用的主要方面以及最新研究的进展。
关键词：波动理论；岩土工程测试；应用研究；进展
1、波动理论
波动就是扰动在介质中的传播，扰动总是具有某种能量的，因此波的基本特征之一就是能量在介质中的传递。
2、波动理论在岩土工程中的应用
2.1岩土体声波测试
声波测试技术具有测试快速、分辨率高、完全无损等优点，因此自引入岩土工程中以来，得到了广泛的应用。
2.1.1岩体弹性参数测试及性能评价
根据波速和弹性参数的关系，可通过波速测试确定岩土体的动弹性参数，一般而言，岩体中波速传播速度越快，表面岩体越致密、坚硬、完整、分化程度低，反之波速越低，表明岩体越疏松、软弱、破碎，结构发育、风化严重、因此，可根据岩体声波测试进行岩体结构分类。
2.1.2围岩松动圈的确定
在岩体开挖过程中，开挖过程扰动了围岩初始应力状态，岩体表明应力释放，从而在岩体表面附近出现了一个由松弛向集中过度的层状分布地带，在工程中称为松动圈或松散层。松动圈的厚度直接影响岩体的稳定性，必须对其作定量的测定。
由于波速测试操作简单，测试效果良好，因此许多学者通过声波波速的测试来确定围岩的松动圈或松散层，从而为围岩的稳定性和支护设计提供依据。如龚建伍结合大断面小净距鹤上隧道，采用声波法和多点位移计法对隧道围岩松动圈进行了测试分析，获得了整个隧道断面松动圈的分布，并基于测试结果，验证了该隧道锚杆设计支护参数的合理性，从而为围岩松动圈支护参数的确定提供了依据和指导。陈庆法从层状岩体的力学特性、声波在层状岩体中的传播规律、围岩塑性区和剪裂区的分布特征3 个方面，对缓倾薄层弱结构松动圈声波测试测孔布置的理论依据进行研究，提出声波测孔布置3 项基本原则。并基于测孔布置的理论和原则，在工程中合理设计了声波测孔布置方式。
2.1.3岩体注浆加固质量的评价
为提高岩体的弹性模量，降低渗透率，提高隔水性能及岩体的完整性和稳定性，常对工程岩体进行灌浆、充填等加固处理，为了解加固处理的效果，可以通过声波测试技术灌浆工程等的加固效果进行评价。如雷宛利用声波CT 成像法对灌浆质量进行检测，并将检测结果和声波单孔、跨孔测试结果进行对比，结果表明声波CT 成像测试结合其它测试方法对灌浆效果进行评价，结果准备、可靠。
2.2工程材料及结构物的无损检测
随着我国基础建设的快速发展，道路，水利工程，港口码头等结构物的大力兴建，以波动理论为基础的弹性波技术，超声波技术以及地震波技术在结构物中进行无损检测也越来越普遍，且技术也在不断完善。尤其在混凝土工程中，超声波检测是最主要的无损检测方法之一，我国于20 世纪50 年代中后期逐步开展这项技术的研究与应用。
赵明阶以波动散射理论以及面波全息成像原理为基础，经过多年大量试验的研究及理论分析已经建立了二维的波电场耦合成像诊断技术模型，并成功的运用于堤坝的隐患诊断与检测，效果良好。
2.3地震勘探
地震勘探是利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。而近年来随着地震勘探测试技术的发展，地震勘探技术在地基加固处理效果评价，路基系统分析等岩土工程的很多领域东欧得到了大量的应用。
随着人们发现瑞利波在层状介质中具有频散特性之后，瑞利波逐渐被作为有效波，并充分利用其频散特性来研究各种地球物理问题。在水平分层状况下，瑞利波具有多个模态，同一频率，不同模态的相速度不同；同一模态，不同频率下相速度是不同的，这就是波的频散特性。频散特性受介质分层数量及厚度、层剪切波速、泊松比等材料参数的影响，因此，瑞利波传播特性包含剖面刚度信息。
自1983 年，Nazarian 等提出表面波普分析方法以来，表面波测试技术及其分析方法得到了大量的研究。为了克服SASW 方法中有效波难以从干扰波中分离和瑞利波频散曲线计算精度较低的弱点，表面波多道分析方法逐渐被广泛采用。于是，瑞利波勘探成为浅层地震勘探和工程质量无损检测的重要手段之一。
2.4波动理论在岩土工程中的其他应用
随着专家学者对波动理论越来越深入的研究，以波动理论为基础的弹性波等技术不仅仅只用于无损检测，在岩土工程中其他方面的应用也在不断探索中。
近些年来，李汉江、林晓芳等将弹性波技术应用于公路土石方工程的勘察中，由于岩土体的性质是影响岩土体的弹性波速和开挖等级的决定因素，岩土体的弹性波速以及开挖等级又与岩土体的密实度、坚硬程度、孔隙度、完整程度和风化程度等密切相关，笔者正是利用这个原理来研究的，已基本建立了一套用弹性波速来界定挖方段土石开挖等级的标准，为弹性波技术应用于土石方工程勘察提供了理论基础和规范性实践依据。李永刚、徐永明等将地震波CT 技术应用到岩溶地区桥梁桩位勘察中，结果表明了地震波CT 技术不仅能很好地反映溶洞发育程度及规律，而且能较全面地反映基岩起伏状态及裂隙发育区。席道瑛等采用特定的分析仪，采取确定实验参数，模拟地震波的传播对饱和砂岩进行了单轴循环加载试验，研究砂岩中波的能量衰减和虚模量随温度的变化规律，获得了饱和岩石的杨氏模量和弹性波速度对温度和频率的动态效应，研究结果对现场地震波和声波测试结果和地震勘探资料的解释具有现实意义。
3、進展
就波动理论在岩土工程中的应用而言，目前已经取得了一定的成果，但是仍然有一些问题需要解决：
目前工程上大量运用声波测试获取岩土体等工程材料的弹性参数，但是声波穿过介质附带着其他大量的信息，如何通过声波信号获取有关信息，是声波测试中研究的难点之一。
4、结语
随着科学技术的进步，波动理论在岩土工程测试中得到广泛应用，通过对其深入研究，波动理论在岩土工程中将得到更深层次的发展。
参考文献：
[1]伊文W.层状介质中的弹性波[M].刘光鼎，译.北京： 科学出版社，1966.
[2]邵明申，李黎，李最雄.龙门石窟砂岩在不同含水状态下的弹性波速与力学性能[J].岩石力学与工程学报，2010，29 （ 增刊2） ： 3514-3518.
关键词：波动理论；岩土工程测试；应用研究；进展
1、波动理论
波动就是扰动在介质中的传播，扰动总是具有某种能量的，因此波的基本特征之一就是能量在介质中的传递。
2、波动理论在岩土工程中的应用
2.1岩土体声波测试
声波测试技术具有测试快速、分辨率高、完全无损等优点，因此自引入岩土工程中以来，得到了广泛的应用。
2.1.1岩体弹性参数测试及性能评价
根据波速和弹性参数的关系，可通过波速测试确定岩土体的动弹性参数，一般而言，岩体中波速传播速度越快，表面岩体越致密、坚硬、完整、分化程度低，反之波速越低，表明岩体越疏松、软弱、破碎，结构发育、风化严重、因此，可根据岩体声波测试进行岩体结构分类。
2.1.2围岩松动圈的确定
在岩体开挖过程中，开挖过程扰动了围岩初始应力状态，岩体表明应力释放，从而在岩体表面附近出现了一个由松弛向集中过度的层状分布地带，在工程中称为松动圈或松散层。松动圈的厚度直接影响岩体的稳定性，必须对其作定量的测定。
由于波速测试操作简单，测试效果良好，因此许多学者通过声波波速的测试来确定围岩的松动圈或松散层，从而为围岩的稳定性和支护设计提供依据。如龚建伍结合大断面小净距鹤上隧道，采用声波法和多点位移计法对隧道围岩松动圈进行了测试分析，获得了整个隧道断面松动圈的分布，并基于测试结果，验证了该隧道锚杆设计支护参数的合理性，从而为围岩松动圈支护参数的确定提供了依据和指导。陈庆法从层状岩体的力学特性、声波在层状岩体中的传播规律、围岩塑性区和剪裂区的分布特征3 个方面，对缓倾薄层弱结构松动圈声波测试测孔布置的理论依据进行研究，提出声波测孔布置3 项基本原则。并基于测孔布置的理论和原则，在工程中合理设计了声波测孔布置方式。
2.1.3岩体注浆加固质量的评价
为提高岩体的弹性模量，降低渗透率，提高隔水性能及岩体的完整性和稳定性，常对工程岩体进行灌浆、充填等加固处理，为了解加固处理的效果，可以通过声波测试技术灌浆工程等的加固效果进行评价。如雷宛利用声波CT 成像法对灌浆质量进行检测，并将检测结果和声波单孔、跨孔测试结果进行对比，结果表明声波CT 成像测试结合其它测试方法对灌浆效果进行评价，结果准备、可靠。
2.2工程材料及结构物的无损检测
随着我国基础建设的快速发展，道路，水利工程，港口码头等结构物的大力兴建，以波动理论为基础的弹性波技术，超声波技术以及地震波技术在结构物中进行无损检测也越来越普遍，且技术也在不断完善。尤其在混凝土工程中，超声波检测是最主要的无损检测方法之一，我国于20 世纪50 年代中后期逐步开展这项技术的研究与应用。
赵明阶以波动散射理论以及面波全息成像原理为基础，经过多年大量试验的研究及理论分析已经建立了二维的波电场耦合成像诊断技术模型，并成功的运用于堤坝的隐患诊断与检测，效果良好。
2.3地震勘探
地震勘探是利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。而近年来随着地震勘探测试技术的发展，地震勘探技术在地基加固处理效果评价，路基系统分析等岩土工程的很多领域东欧得到了大量的应用。
随着人们发现瑞利波在层状介质中具有频散特性之后，瑞利波逐渐被作为有效波，并充分利用其频散特性来研究各种地球物理问题。在水平分层状况下，瑞利波具有多个模态，同一频率，不同模态的相速度不同；同一模态，不同频率下相速度是不同的，这就是波的频散特性。频散特性受介质分层数量及厚度、层剪切波速、泊松比等材料参数的影响，因此，瑞利波传播特性包含剖面刚度信息。
自1983 年，Nazarian 等提出表面波普分析方法以来，表面波测试技术及其分析方法得到了大量的研究。为了克服SASW 方法中有效波难以从干扰波中分离和瑞利波频散曲线计算精度较低的弱点，表面波多道分析方法逐渐被广泛采用。于是，瑞利波勘探成为浅层地震勘探和工程质量无损检测的重要手段之一。
2.4波动理论在岩土工程中的其他应用
随着专家学者对波动理论越来越深入的研究，以波动理论为基础的弹性波等技术不仅仅只用于无损检测，在岩土工程中其他方面的应用也在不断探索中。
近些年来，李汉江、林晓芳等将弹性波技术应用于公路土石方工程的勘察中，由于岩土体的性质是影响岩土体的弹性波速和开挖等级的决定因素，岩土体的弹性波速以及开挖等级又与岩土体的密实度、坚硬程度、孔隙度、完整程度和风化程度等密切相关，笔者正是利用这个原理来研究的，已基本建立了一套用弹性波速来界定挖方段土石开挖等级的标准，为弹性波技术应用于土石方工程勘察提供了理论基础和规范性实践依据。李永刚、徐永明等将地震波CT 技术应用到岩溶地区桥梁桩位勘察中，结果表明了地震波CT 技术不仅能很好地反映溶洞发育程度及规律，而且能较全面地反映基岩起伏状态及裂隙发育区。席道瑛等采用特定的分析仪，采取确定实验参数，模拟地震波的传播对饱和砂岩进行了单轴循环加载试验，研究砂岩中波的能量衰减和虚模量随温度的变化规律，获得了饱和岩石的杨氏模量和弹性波速度对温度和频率的动态效应，研究结果对现场地震波和声波测试结果和地震勘探资料的解释具有现实意义。
3、進展
就波动理论在岩土工程中的应用而言，目前已经取得了一定的成果，但是仍然有一些问题需要解决：
目前工程上大量运用声波测试获取岩土体等工程材料的弹性参数，但是声波穿过介质附带着其他大量的信息，如何通过声波信号获取有关信息，是声波测试中研究的难点之一。
4、结语
随着科学技术的进步，波动理论在岩土工程测试中得到广泛应用，通过对其深入研究，波动理论在岩土工程中将得到更深层次的发展。
参考文献：
[1]伊文W.层状介质中的弹性波[M].刘光鼎，译.北京： 科学出版社，1966.
[2]邵明申，李黎，李最雄.龙门石窟砂岩在不同含水状态下的弹性波速与力学性能[J].岩石力学与工程学报，2010，29 （ 增刊2） ： 3514-3518.