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 技術論文
聲波檢測現狀與(yu)發展

對我國非金屬聲測技術半個世紀發展的回顧

摘 要:對我國聲波檢測近半個世紀以來在巖體、巖石及混凝土的應用研究情況,從不斷發展起來的多種測式方法、廣泛的應用、相關檢測技術規程與規范、聲波檢測儀器及換能器的現狀進行了概括性的總結與回顧。對近年來的技術發展,如聲學參量波幅的應用、聲波層析成像(CT技術)、反射波法基樁檢測技術、沖擊——回波測厚技術和聲波換能器性能改善等,進行論述與探討。

關鍵詞:聲波檢測、超聲波檢測、聲波層析成像、沖擊—回波、換能器

一.前言
這里所論述的聲波檢測,是指工作頻率在幾百赫芝到幾百千赫茲的聲波及超聲波檢測技術,在檢測聲學領域,把這個頻率范圍的非金屬聲學檢測技術統成為“聲波檢測”.。
我國聲波檢測技術的應用研究是從二十世紀六十年代開始的。從事這一領域的科學技術工作者,根據工程檢測的需要,在不斷研制改進檢測儀器的同時,由仿制到研制了適合不同檢測需要的多種換能器,相應對現場及室內的測試方法進行研究,歷時近半個世紀,可以說是經一代人的努力,達到今日的水平。       
二.非金屬聲波檢測技術的現狀
(1). 關于測試方法
測試方法是由工程檢測的需要發展起來的。隨著檢測的需要及技術的發展,檢測儀器由模擬型發展到數字化;聲波發射由換能器發射到電火花振源及錘擊激振振源;換能器類型增加到十余種(包括橫波換能器),換能器的頻率從10 kHzs發展1000 kHz;聲學參量的應用:繼聲速(聲時)發展到波幅及頻率的研究與應用;測試方法由聲波透射法發展到折射法及反射射法;常規適用的多種測試方法如表1概括所示。

(2) 關于聲波檢測技術的應用
聲波檢測的應用,可從兩個方面加以論述:
A.應用研究現狀
表2對聲波檢測的應用按頻率進行劃分來展示。頻率高于20 kHz的均以換能器發射和接收,透射、折射、反射有著不同的應用;;頻率低于20 kHz可分為錘擊瞬態激振、穩態激振( 例如電磁激振器連續波激振) ,電火花激振;而被動式聲波測試的振源很廣,有金屬容器受壓力產生的破裂,還有巖體的斷裂產生的聲發射脈沖,它們有著很寬的頻率范圍,另一種是由巖體的位移蠕動產生的摩擦噪聲,還有由于人類活動和大自然的活動(例如海浪、風瀑布等)產生的振動。

表1.聲波檢測的多種測試方法一覽

表2.應用面寬廣的聲波檢測技術

 

超聲波

f20kHz

   射(she)  法(fa)

地質(zhi)結(jie)構檢測

溶洞、裂縫(feng)、塌陷、巖體完整性系數(shu)

 

巖體松(song)動范圍

隧(sui)道圍巖、邊坡爆破施工后松動范圍

 

力(li)學參數測(ce)試

混凝土強度、巖體、砼動彈性力學參數(EdGdμd)、         木材硬(ying)度(du)

 

混凝(ning)土缺(que)陷(xian)測試

基樁完整(zheng)性(xing)、構件(梁、柱、板)缺陷、鋼管混凝土施工質量、混凝土構筑物裂縫、結(jie)構CT成像

 

巖體補強檢測

灌(guan)漿補強(qiang)效果檢測(ce)、提供(gong)補強(qiang)后動彈力學參數

 

地應力測試(shi)

礦山井(jing)下應力、巖體應(ying)力(li)(li)大(da)小及方向(xiang)、巖體歷史應(ying)力(li)(li)(凱(kai)薩-Kaiser效應(ying))、

 

液體物性測試

流量、濃度(du)、油品(pin)、血管中的(de)血流速、河水含沙量等(deng)

 

自動(dong)控制

計數(shu)、開關(guan)、防盜等

 

距(ju)離(li)測量(liang)

鉆孔井徑及井斜、水深、水下地貌、液位、料位、厚度

 

地質構造(zao)

水下淺(qian)地層(ceng)剖面(mian)

 

金(jin)屬探(tan)傷(shang)

鑄件(jian)及鍛(duan)件(jian)、焊(han)縫、鋼(gang)(gang)軌(gui)、鋼(gang)(gang)管(guan)、鋼(gang)(gang)板等(deng)

 

非金屬(shu)探(tan)傷

涂層厚度、醫療診斷等

 

自(zi)動控(kong)制

開關、防盜等

 

巖體結構劃分

(單孔測井(jing)一(yi)發雙收(shou))

巖體風化(hua)殼(ke)劃分與(yu)評(ping)價、巖體軟弱結(jie)構面(mian)、斷(duan)層破碎帶劃分、提取橫(heng)波聲(sheng)速、含水層劃分、固井(jing)質量(liang)

 

混凝土損傷層厚度、隧道噴射混(hun)凝土厚度(du)

 

f20kHz

穩(wen)態面波測試(shi)

地質分層、溶洞(dong)、洞穴、古墓、混凝土厚度及缺陷

瞬態面波測試

地質分層、溶洞、洞穴、古(gu)墓(mu)、混凝土厚(hou)度及缺陷

電火(huo)花透射測試

溶洞、裂(lie)縫(feng)、塌陷、結構(gou)CT成像巖體完整(zheng)性系數

反(fan)

沖擊回波測試

ImpactEcho簡稱IE法)

基樁(zhuang)完整性、基樁(zhuang)樁(zhuang)身傾(qing)斜

路面厚(hou)度、跑道厚度、隧道襯砌(qi)厚(hou)度樓板厚度

隧道開挖前方不良地質體預報、礦山安全、混(hun)凝土裂縫

被動式(shi)聲波檢測(f=0.1

1×106Hz)

聲發(fa)射觀測(Acoustic Emission)

地質災害預報、礦井巖崩預報、金屬容器探傷(shang)

地脈動觀測

地層自然諧振(zhen)周期、推斷地(di)質構造

地(di)聲監測

滑坡、泥石流、巖崩地質災害(hai)預報

1:此表(biao)第三欄標有顏色的(de)是非金(jin)屬聲波檢測的(de)內(nei)容;注2:第四(si)欄(lan)有底色的是筆者參與過研(yan)究的內(nei)容

 

B.檢(jian)測技術(shu)的(de)規(gui)程(cheng)(cheng)(cheng)及規(gui)范的(de)編制與頒發,能說明檢(jian)測技術(shu)應(ying)用的(de)成熟(shu)程(cheng)(cheng)(cheng)度(du)。與非金屬聲(sheng)波檢(jian)測技術(shu)有關的(de)規(gui)程(cheng)(cheng)(cheng)與規(gui)范如表3所示。

3.有(you)關(guan)的聲(sheng)波檢, 測技(ji)術規程與規范

序號

  名(ming) 稱(cheng)

編號

頒發年月

組(zu)織與頒(ban)發(fa)部門

與聲波檢測(ce)技術有(you)關的內(nei)容

 1

巖石物理力學性質試(shi)驗規(gui)程

1986.12.

原地質礦(kuang)產部

巖石縱、橫聲(sheng)速測試及(ji)一(yi)發(fa)雙收(shou)聲(sheng)波測井

 2

超聲回彈綜合檢測混凝土強度技術規程(cheng)

CECS 02:88

1988.11.

中國工程建設(she)標準化(hua)委員會標準

混(hun)凝土結(jie)構物的混(hun)凝土強度(du)檢測(ce)

 3

超聲法檢測混凝(ning)土缺陷技術規程

CECS 2190

1990.9.

中國工程建設標準(zhun)化委(wei)員(yuan)會標準(zhun)

混凝(ning)土(tu)結構物的缺陷及裂縫檢測

 4

工程巖體分級標準(zhun)

GB 5021894

1995.7.1.

國家(jia)技(ji)術監督局

建(jian)設部

按巖體完整性系(xi)數KV=對巖(yan)體分(fen)級(VPMVPR巖(yan)體(ti)、巖(yan)石聲速)

 5

場地微振動測量技術規程

CECS 7495

1995.6

中國工程建(jian)設標準化委員(yuan)會標準

檢測(ce)工程場(chang)(chang)地(di)地(di)基共振優勢頻率、周期(qi),提供場(chang)(chang)地(di)土(tu)分類、震害預測(ce)及場(chang)(chang)地(di)選址與評價

 6

基樁低應變(bian)動(dong)力(li)檢(jian)測規程(cheng)

JGJ/T9395

1995.12.

原地質礦產部

建設(she)部

反射波法(fa)、機械阻(zu)抗(kang)法(fa)、聲(sheng)波透(tou)射法(fa)檢(jian)測(ce)基(ji)樁完整性和機械阻(zu)抗(kang)法(fa)、頻(pin)率-初速(su)法(fa)、頻(pin)率法(fa)檢(jian)測(ce)基(ji)樁承載(zai)力

 7

淺(qian)層地(di)震勘(kan)探(tan)技術規(gui)范

DZ/T01701997

1997.11.1

原地質礦產(chan)部(bu)

單孔一(yi)發雙(shuang)收聲波(bo)(bo)測井、跨孔聲波(bo)(bo)測井法對地層(ceng)結構進行劃分

 8

地基(ji)動力特(te)性測試規程

GB/T 90269-97

1998.5.

國(guo)家技術(shu)監督局

建(jian)設部

檢測(ce)地基動(dong)剛度

9

基(ji)樁低應(ying)變動力檢測技術(shu)規程

DBJ 10498

1998.5.

浙江省建設廳(ting)

反射波法、機械阻抗法、聲波透射法檢測基樁(zhuang)完整性和球擊法測基樁(zhuang)承載力

10

工程巖體試驗方法標準

BG/T 50266-99

1999.5.

國家技(ji)術監督局

建(jian)設部

為滿足工程勘察(cha)、設(she)計、施工要求的(de)工程場地(di)巖塊及巖體聲(sheng)速測試(包括單(dan)孔一發雙收及跨孔聲(sheng)波(bo)冊井)

 11

超聲法檢測混凝土缺陷技術規程

CECS 212000

2001.1.

中國(guo)工程建(jian)設標準(zhun)化委員會(hui)標準(zhun)

CECS 21:90

的修改版

 12

深(shen)圳地區(qu)基(ji)樁質量檢測技術規程

SJG 0999

2000.1.

深圳市(shi)建設局

反(fan)射波(bo)法、聲波(bo)透射法檢測(ce)基樁完整性

 13

基(ji)樁反射(she)波法檢測規程

DBJ 15272000

2001.3.

廣東省建(jian)設廳

反射(she)波法檢測基樁(zhuang)完整(zheng)性

 14

建筑基樁檢測技術規(gui)程

DB 29382002

2002.11.

天津(jin)市建設管(guan)理委(wei)員會

反射(she)(she)波法、聲波透射(she)(she)法檢測基樁完(wan)整性

 15

建筑基樁(zhuang)檢(jian)測技術規程

JGJ 106-2003

2003.7.1.

建設部(bu)

反射波法、聲(sheng)波透(tou)射法檢測基樁完(wan)整性

 16

公路工程基(ji)樁(zhuang)動測技術規程

(已(yi)通過(guo)評審)

待報批

交通(tong)部(bu)

反射波法、聲(sheng)波透射法檢測基樁完整(zheng)性及單孔一發雙收聲(sheng)波測井檢測抽芯后混凝土完整(zheng)性

.當代我國的典型(xing)聲波(超聲波(bo))檢測儀現狀

(1)    水(shui)文地質(zhi)工(gong)程地質(zhi)專用聲(sheng)波檢測儀(yi)如(ru)表(biao)4

4.水文地(di)質(zhi)工程(cheng)地(di)質(zhi)專用聲波測井儀

型號(hao)名稱

yc-10型巖土(tu)工程超(chao)聲檢測(ce)儀

SSJ-2D型(xing)全(quan)自動聲波測井儀

主(zhu)

技(ji)

接收通道

1

2

放大器增(zeng)益(dB)

100(前放60+主機40)

80(前放40+主(zhu)機40)

放大器頻帶寬度(KHZ)

4.5~750

1~20

折(zhe)合到輸(shu)入端噪音(μv)

1.0

1.0

A/D轉換器(qi)位數(bit)

12

最小(xiao)換樣間隔(μs)

2

發(fa)射電壓(V)

1000可調

1000

發射脈寬(μs)

15

階躍脈沖

測讀方式

自動或(huo)人(ren)工

自(zi)動

聲耦合方式

直(zhi)接耦(ou)合

水(shui)或泥漿

操作系(xi)統

Window 95

軟件配置

成果處理專用

主(zhu)要配件技術條件

井中探頭源(yuan)距:0.5m

適應(ying)孔(kong)徑:100~200mm

直接貼壁耦合氣囊(nang)及加壓裝置

監示波型示波器

CCD彩色攝像(xiang)頭像(xiang)素537×592

用觀(guan)測孔(kong)內地質結構(gou)

井(jing)下探頭:

源距:0.5m;間距:0.3m

直徑:φ78mm

電纜:

長度(du):300m;直徑:9.0mm

芯線結(jie)構:三鋼四銅(tong)

φ025mm

絞車:手動;質量:500KN

研發及制(zhi)造單位(wei)

國土(tu)資源(yuan)部水文(wen)地質工(gong)程地質技術(shu)方法研究所(保定071051)

(2).前(qian)我(wo)國的(de)數字化超聲檢測(ce)分析(xi)儀如(ru)表5所示。

5 我國的數字化超聲波分析檢測儀                      

號(hao)

技術指(zhi)標

NM-3C

NM-4A

NM-4B

RS-UT01C

RSM-SY

CUT-201A(B)

通道數

2

2

1

1

2

1(2)

放大器增(zeng)益(yi)(dB)

70

76

76

-40~+78

-20~+80

98

放大(da)器頻帶(dai)(KHZ)

0.005~500

0.01~500

0.01~500

0.01~200

0.01~1000

0.05~500

接收靈敏度(μv)

30

30

30

30

20

30

波幅測讀(du)范圍(dB)

0~176

0~183

0~183

0~+133

0.01~5.0mv

30~160

最小(xiao)采樣(yang)間隔(μs)

0.05

0.05

0.05

0.1

0.1

0.1

發射電壓(V)

2505001000

2505001000

2505001000

5001000

5001000

2505007501000

發射脈寬(kuan)(μs)

階躍脈沖

階(jie)躍脈沖

階躍脈(mo)沖(chong)

10~5000可調

0.5~5.0可調

階躍(yue)脈沖(chong)

測(ce)讀方(fang)式

自動判讀聲時波幅

自動判(pan)讀聲(sheng)時波(bo)幅

自動判讀(du)聲(sheng)時波幅

自動判讀聲參量

自動(dong)判讀聲(sheng)時、波幅

觸發方式

內(nei)、外觸(chu)發

外、內(nei)、信號觸(chu)發

外、內、信號觸(chu)發

內(nei)、外(wai)、穩態觸(chu)發

內、外延(yan)遲、超前觸發(fa)

內觸(chu)發

微電腦

工(gong)業級586

專用(yong)ALL-IN--ONE

專(zhuan)用ALL-IN--ONE

內置工業ALL-IN--ONE

外置書本式電(dian)腦

聯想天璣2000掌上電腦

顯(xian)示屏

液(ye)晶9640×480TFT()

液晶半(ban)反(fan)半(ban)透

6640×480

液晶半(ban)反半(ban)透

6640×480

液晶640×200

書本(ben)式電腦顯(xian)示(shi)屏

掌上電腦顯示屏

內(nei)存(cun) (dytes)

32M

4~64M電(dian)子硬盤

4~64M電子硬盤

6M電子硬盤

書本式(shi)電腦內存(cun)

掌上電腦內存可(ke)擴展(zhan)32M

鍵盤

工控機標準盤

專用(yong)導電橡(xiang)膠鍵盤

專用導電(dian)橡(xiang)膠(jiao)鍵盤

光電旋鈕或(huo)熱鍵

書(shu)本式電腦(nao)鍵盤

筆輸入及回(hui)專用鍵

接(jie)口

通用接口二串(chuan)一(yi)并

通用接(jie)口一(yi)串(chuan)一(yi)并

通用(yong)接口一串一并

通(tong)用接口一串一并

通用接口二串一并

掌上電(dian)腦紅(hong)外通(tong)迅

電源(yuan)

AC220V

DC 12V

DC12V

DV12V

內置(zhi)12V2Ah可充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)池

AC 220

DC 12V

內置12V2.5Ah可充電電池(chi)

體積 (mm)

250×400×200

245×300×85

245×300×85

280×250×110

采集(ji)儀(yi)275×250×75

215×175×(45~50)

質量(liang)(kg)

10

1.8

1.8

3.0

3.0(電腦除(chu)外)

1.5

研發生產單位

北京康科瑞工程檢測技術有限公司(si)

武漢巖海工程技術開發公司

中科(ke)院武漢巖土力學研究所四室

成都工程(cheng)檢(jian)測研究所

.當前商品化聲波換能器現(xian)狀(zhuang)如表6

表(biao)6 定(ding)型生產的各(ge)類(lei)換(huan)能器

換能器

 

諧振(zhen)頻率

范圍(KHZ)

阻抗范圍

(Ω)

指(zhi)向性

首次

波比

外形尺寸

(m.m)

耦合

方法

適應的(de)

測試方法

夾心式

(喇(la)叭(ba)型(xing))

10~50

幾(ji)至十幾(ji)

1

Φ35×70

~Φ70×250

黃油(you)或

凡士林(lin)

表(biao)面及

平面(mian)測試

增壓(ya)式

25~35

1000左右

1

Φ30左(zuo)右×200左右(you)

水(shui)

鉆孔中

跨孔測試

圓(yuan)管型(xing)

一般為

20~40

1000~2000

左右

無徑向(xiang)指向(xiang)性,

長(chang)度大時有軸

向(xiang)(xiang)指向(xiang)(xiang)性

優質品

可接近

1

Φ25~4060~200

鉆孔中

跨孔測(ce)試(shi)

一(yi)發雙收

30左右

優(you)質品(pin)

可(ke)接近

1

Φ30~46

長不等

鉆孔中

單(dan)孔(kong)測(ce)試

單片彎曲(qu)

振動式

5~20

1

Φ28~4015~30

黃油或

凡(fan)士林

表面及

平面測(ce)試

 

換能器

100~1000

10左右

優(you)質品

1

Φ28×40

黃油或

凡士林

巖(yan)樣測試(shi)

橫(heng) 

換能器(qi)

40~400

1

Φ40左右(you)

25左右(you)

多(duo)層鋁

箔或銀

試巖樣及短

距(ju)離表面測

1:圓(yuan)管型換(huan)能(neng)器(qi)內(nei)可(ke)加裝20dB 以上的前置放大器,使其成(cheng)為寬帶接收換能(neng)器。

五(wu).聲波(bo)檢測技術的(de)發展狀況及有關問題的(de)探討

(1)   于(yu)聲學參(can)量――波幅(fu)的應用

有關資(zi)料顯示,中國是最早也是唯一將(jiang)聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)幅(fu)參量用于缺陷檢(jian)測的(de)國家。隨(sui)著聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)透(tou)射(she)法納入基(ji)(ji)樁檢(jian)測規程,波(bo)(bo)(bo)幅(fu)在基(ji)(ji)樁完(wan)整性檢(jian)測中的(de)大量應用,引起了對(dui)它的(de)進一步研(yan)究。

筆者作了(le)有(you)(you)關的試(shi)驗證實及推導,波幅能夠被檢測(ce)到的區(qu)域,是(shi)以發射、接(jie)收換(huan)能器所在點為焦點的橢圓(yuan)(有(you)(you)關論述見《巖土(tu)工(gong)程界》2000年第(di)8期“論聲參量波幅的應用(yong)” )如圖1中(zhong)AB為檢測孔中在同一(yi)水平面(mian)上發(fa)射與(yu)接收(shou)換能(neng)(neng)器,即橢(tuo)圓(yuan)的焦(jiao)點。此橢(tuo)圓(yuan)稱為“有效接收(shou)聲場(chang)”,它的覆蓋面(mian)積與(yu)發(fa)射換能(neng)(neng)器發(fa)射強度、接收(shou)換能(neng)(neng)器接收(shou)靈(ling)敏度成正比。如(ru)缺陷(D)處于橢圓(yuan)外,對接(jie)收(shou)的(de)波(bo)幅無(wu)任何影響;當缺陷(E)處于橢(tuo)圓內(nei)的AB連線外,波幅(fu)減小,聲時不變(bian);而缺陷(F)處于AB連線上,則波幅減小、聲時加大。

根(gen)據上(shang)(shang)述(shu)規律,當灌注樁(zhuang)埋設三根(gen)以上(shang)(shang)檢測管(guan)時,便(bian)可以半定量的推斷缺(que)陷在平面上(shang)(shang)的展布范圍及大小。

檢(jian)(jian)測實踐證實,也有特例。當(dang)檢(jian)(jian)測管(guan)局部發生(sheng)彎曲,檢(jian)(jian)測管(guan)間距發生(sheng)變化,換能器不(bu)能平(ping)行相對,此時聲時減(jian)小,波幅也減(jian)小。

(2)   關于聲波(bo)層(ceng)析成像――CT技術(shu)

聲波層(ceng)析成像(xiang)已成為當前(qian)的一(yi)個熱點,存在的問題有二(er):

其一是現場(chang)測(ce)試需作多點扇面測(ce)試如圖2;其二是(shi)反演(yan)圖(tu)像重建的計(ji)算(suan)問題。就此分別論述如(ru)下:

A.要求檢測(ce)設備能快速作扇面測(ce)試。目前(qian)已(yi)研制出(chu)12通道井中接(jie)收換能器,解決了多點(dian)同時接(jie)收,提高了檢(jian)測(ce)速度;在要求加大(da)發射能量的(de)(de)同時,還(huan)要改善接(jie)收換能器的(de)(de)頻(pin)帶寬(kuan)度和接(jie)收靈敏度。這是(shi)因為(wei)能否讀(du)準每一個接(jie)收點(dian)的(de)(de)首(shou)波聲時,是(shi)是(shi)否能正確重建CT圖像的關(guan)鍵,這成為CT技術的關鍵之一。

B.聲波CT成(cheng)像反演圖(tu)(tu)像重(zhong)建的計算(suan),是(shi)引起(qi)很多(duo)人關(guan)注的問題。總(zong)的計算(suan)思路(lu)如圖(tu)(tu)3,將檢(jian)測的(de)剖面劃(hua)分為N×M個方格,如其(qi)中的某一條聲線TR,它(ta)穿過第i.j.方格的聲線長(chang)度(du)是Li.j.i=123、……Nj123、……M),設i.j.方塊的(de)聲速為Vi.j.,則其聲時

Ti.j= Li.j, ÷ Vi.j= Li.j × Gi.j

上式(shi)中Gi.j =1Vi.j.稱曼度。同理(li),第一排方格總的聲時如下(xia)式

 L11G11+ L12G12+ L13G13+ ……+L1nG1n=T1n

所有聲線的(de)聲時如下

這是一個大(da)型(xing)稀疏超定矛盾方程組。下面的問題(ti)是求解(jie),即如(ru)何(he)對曼度GNM賦(fu)值,使計算出的t1tnm 的(de)所有(you)反演(yan)計算值(zhi)與(yu)實測值(zhi)盡量接(jie)近。于(yu)是,由各個(ge)方格聲(sheng)速重建(jian)的(de)聲(sheng)速圖像,便可反映出被測介質的(de)結(jie)構圖像。這樣,計算方法(fa)成為(wei)CT技術(shu)的(de)(de)關鍵之二(er)。實際上這(zhe)是(shi)一(yi)個反演(yan)問題,最早的(de)(de)聯合迭(die)代(dai)ART走時反演,以及進一步發展了SIRTSART算法等(deng)等(deng),到目(mu)前還(huan)在研究的聲速與衰減因素(su)等(deng)多參量成(cheng)像方法研究,使成(cheng)像的質量不斷提高。圖4是深圳某(mou)建(jian)筑(zhu)基(ji)礎聲波(bo)(彈性(xing)波(bo))三個鉆孔(kong)孔(kong)間(jian)CT成像構成的二維(wei)剖面圖。目(mu)的在于(yu)探明覆蓋層下深(shen)度變化較大的白(bai)云質大理(li)巖的起伏和白(bai)云質大理(li)巖的巖溶發育,其地質解釋如圖5

                           4.孔間聲波(彈性波)地質構造(zao)CT成像

由(you)圖5可見:聲(sheng)速1100m/以上為覆(fu)蓋層(ceng),11002100m/s聲速條帶(dai)可解釋為含礫(li)巖粘性(xing)土,大于2100m/s以下為(wei)白云質大理巖的界面,基巖面以下小于2100m/s的封閉圈為巖溶發育區                       5.孔間CT成(cheng)像(xiang)地質解(jie)釋

(3)   關反射波法基樁無損檢測技(ji)術

(a)     反射波(bo)法基樁無(wu)損(sun)檢(jian)測技術,經過近十年(nian)的科(ke)研與實踐,在下列方面(mian)取得進展(zhan):

    對振速反(fan)射系數RV和聲壓反射系數RP=(式中(zhong)Z1=Z2=) 物理解的(de)統一性,作(zuo)出了合理的(de)解釋。

    對擴徑多(duo)次(ci)(ci)(ci)反射波(bo)的特點作了研究(jiu),得(de)到合理的物理解(jie),即奇次(ci)(ci)(ci)反射波(bo)與直(zhi)達波(bo)反相(xiang),偶次(ci)(ci)(ci)發射波(bo)與直(zhi)達波(bo)同(tong)相(xiang),并為實踐所證實。

&n, bsp;   <, S, PAN style="FONT-SIZE: 12px; mso-ascii-font-family: 'Times New R, oman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; FONT-: 宋體">對反射波檢測的關鍵技術錘擊進行了研究,即激振脈沖寬度與錘頭材質的彈性模量E成反(fan)比、與密度ρ、泊(bo)桑比σ成(cheng)正比(bi);與錘頭的(de)面積成(cheng)正比(bi);與錘頭的(de)落(luo)距關系(xi)不(bu)大,測(ce)試結果如圖6

(a)      &nbsp;          ;                                &nbsp;&nbsp;    b

6.錘擊激振脈寬的(de)有關因素

         ;      a)與(yu)錘頭材質的(de)關系;(b)與錘(chui)頭落距的關系(xi)

         ▲對缺陷性(xing)質(zhi)的確(que)定必須(xu)掌握并結合成(cheng)孔(kong)、成(cheng)樁工(gong)藝及場地工(gong)程地質(zhi)勘察報告加以確(que)定。

b)反射(she)波法存在的問題

    缺陷的(de)上下界面混(hun)疊,無法(fa)分辨(bian)缺陷的(de)垂直方向尺(chi)寸;

    缺陷水平方向(xiang)的尺(chi)寸無法定(ding)量確定(ding);

    嵌巖樁有可能推斷出孔底(di)有無(wu)沉渣(zha),但(dan)無(wu)法(fa)確定其(qi)厚度;

    逐漸擴(kuo)徑后突然(ran)縮徑的缺陷很容易誤判(pan)為縮徑;

★:圖(tu)4、圖5引自成(cheng)都理(li)工大學趙連(lian)鋒的博士學位論文(wen);※圖6引自(zi)康科瑞孫鋼(gang)柱碩士學位論文(wen)

    只能(neng)了解樁身的平均聲(sheng)速,不(bu)可(ke)用聲(sheng)速推定樁身混凝土強度;

    僅(jin)從反(fan)射(she)波(bo)的(de)時域(yu)波(bo)形(xing)不(bu)能(neng)推斷出缺陷的(de)性質;

    目前有人錯誤的認為:“樁身混凝土聲速與樁周土的阻力有關”(在個別的技術刊物上發表)。這種論點違背了聲學的基本原理—費瑪定律

    另一個錯誤的論點是:“認為樁周土越硬,土的阻力使彈性波越不容易傳入樁底。”結論雖是對的,但解釋是很錯的。理由是:由圖7可知(zhi),點振源產生的是半球面波,其斜入射(she)的波根據Snell定律,將折(zhe)射入樁周土層(ceng),僅以(yi)折(zhe)射縱波的(de)折(zhe)射系數

可知(zhi)地(di)層越(yue)硬(ying),Z2.越大(da),RT越大,折射   &nbsp;           &nbsp;  

  &nbsp;         入地層的能量(liang)越多(duo),傳播到樁(zhuang)底的能量(liang)相 &nbsp;  &nbsp;        

     &nbsp;        對減小。這才是地層(ceng)越(yue)硬(ying),越(yue)不(bu)易(yi)傳入樁(zhuang)

         &nbsp;  底的真正原因(yin),而不是(shi)土阻力(li)在(zai)起作用。

    c)反射波法最新(xin)的研究是檢(jian)測基樁的傾斜度。廣        ;  

  東省工程勘察院作了大量(liang)研究,本(ben)文略。

(4)    關(guan)于沖擊——回波法測厚                ;&nbsp; 圖(tu)7.聲(sheng)波由(you)樁(zhuang)內折射(she)入(ru)地(di)層

A.沖擊—回波測(ce)厚的概況

   沖(chong)擊――回波法,國外稱之為(wei)“Impact.Echo”,.簡稱“IE”法。由字面可知,指(zhi)的是(shi)以沖擊(ji)為振(zhen)源,利用(yong)反射波(bo)來檢(jian)測混凝(ning)土(tu)扳厚度的一(yi)種方法。上個世紀(ji)九十年代前后,開始了這項研究。這是(shi)因為當(dang)混凝(ning)土(tu)構筑物(wu)只(zhi)有一(yi)個檢(jian)測面時(如高速公路(lu)路(lu)面、飛機跑道、現澆樓板(ban)等),只(zhi)好用(yong)反射法來測試。用(yong)超聲換能(neng)器(qi)實現發射和(he)接(jie)收板(ban)底界面反射,存在(zai)較多困難,故測厚選擇了IE法。我國(guo)(guo)有些(xie)單位也在此期間開展了此項(xiang)研(yan)究,取得(de)可喜成(cheng)果。測厚成(cheng)為國(guo)(guo)內外目前的一個熱點。

到目前為止,國際上有下列產品推向市場,如圖8~圖11,分別(bie)是丹(dan)麥

GERMAM儀器公(gong)司的Docter沖擊回波測試系(xi)統;圖9.是美國OLSON儀器公司的IE測試系統;圖10.ImactEcho公司的IE測(ce)試系統;圖11.是荷蘭TNO的沖擊-回波測試系(xi)統。

我國在20世紀90年代初中期(qi)已經商品化(hua)的檢(jian)測系統計有(you):

    康科(ke)瑞(rui)工程檢測(ce)技術(shu)公司的沖擊回(hui)波檢測(ce)系統(tong),可安裝(zhuang)在NM系(xi)列超聲檢測分析儀,配(pei)專用(yong)軟件、沖擊器(qi)、寬帶接收傳感器(qi);

    南京(jing)水利科學研究(jiu)院(yuan)研制的IES-A型(xing)沖擊反射測試(shi)系統(tong);

    同濟大(da)學的(de)U-Sonic超聲檢測系(xi)統內設制的專用(yong)IE測試系統;

    武漢巖海工程檢(jian)測(ce)技術公司開發(fa)的RS回(hui)波(bo)測厚系統(tong)。

 

   &nbsp;        &nbsp;    8.GERMAN儀器公司的Docter沖擊回波測試系統

  

IE-1              &nbsp;&nbsp;      CTG-1                &nbsp;   CTG-1TF

9  OLSON儀器公司的IE系列沖擊-回波檢測系統.

 

10 IMPACT-ECHO公司的IEI沖擊回波檢測系統

FPDS-5, Notebook with SIT PCMCIA card FPDS-6, Field computer with SIT PCMCIA card

FPDS-5                 &nbsp;        FPDS-6

11. 荷蘭(lan)TNO公司(si)的FPDS

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