同济大学土木工程课件4_声波测试技术与声发射监测技术.ppt

date土木工程* 4-0 概述 弹性波： 振动在弹性介质中的传播，形成了弹性波 声波是弹性波的一种 声波的概念（2020000hz ） 声波是介质中振动的质点，将振动的能量传递给给周围的质点 ，引起周围质点的振动，从而以波动的形式将声能向外传播。 声波测试的应用依据： 目前所用的声波测试方法，以测量声波在介质中传播的时 间和在介质中传播一定距离后脉冲（或振幅）的衰减值为 依据. date土木工程* 声波测试技术： 岩体声波探测技术是以人工的方法，向介质(岩石 和岩体)辐射声波，观察声波在介质中传播的情况 和特性。由于介质的物理性质不同，其传播速度 等参数也不相同。应用这个基本原理，作为分析 或测定岩体的物理性质和力学性质的依据。 特点 属于无损检测的方法。 4-0 概述 date土木工程* 应用： 1利用声波参数，对工程岩体进行分类、分级； 2评价地下工程围岩的稳定性； 3工程地质勘探钻孔及孔间地质剖面分层，确定风化层 厚度； 4岩石和岩体的物理力学性质的测定； 5岩体中存在缺陷的探测； 6工程岩体施工及加固措施效果的检测。 4-0 概述 date土木工程* 波动方程：拉密运动方程 4-1 声波的传播规律 date土木工程* 拉密运动方程的推导 x方向的平衡方程： x方向上利用牛顿第二定律 4-1 声波的传播规律 date土木工程* 拉密运动方程的推导 三个方向的运动方程： 弹性介质本身的特性 4-1 声波的传播规律 date土木工程* 拉密运动方程的推导 三个方向的运动方程： 代入整理可得 4-1 声波的传播规律 date土木工程* 1）纵波传播速度推导 定义：质点振动方向与波的传播方向一致。 纵波波速 4-1 声波的传播规律 date土木工程* 2）横波传播速度推导 定义：沿质点振动方向与波的传播方向垂直。 4-1 声波的传播规律 横波波速 date土木工程* 3 表面波 定义：沿介质表面和交界面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波（也 称瑞利波，r波）。 注意面波与纵波和横波传播介质区别： r波在层状介质中传播。而纵波 和横波是在均匀介质中传播。 r波波速估算： 4-1 声波的传播规律 date土木工程* 三种波波速的关系 4-1 声波的传播规律 date土木工程* 4 波速度比较 纵波和横波 注意：利用各种波的速度差异，可以帮助在记录中识别各种波。 实际应用时，由于s波发生和接受均较困难，故一般多利用p波 进行测试（但不是绝对的）。 对多数岩石，泊松比约为0.25, 纵波速度大于横波速度，故纵波又称p 波（primary，初至波）；横波又称s波（secondary，次至波）。 4-1 声波的传播规律 date土木工程* 4-2 声波探测技术 1 声波的利用：波速、振幅、频率、波形等；目前利 用最多的是波速，特别是纵波波速。 2 弹性参数： date土木工程* 2 影响岩体（石）波速的主要因素： (1)岩石越致密，岩体声速越高。 (2)结构面的存在，使得声速降低。使声波在岩体中传播时 存在各向异性。 (4)岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低。 (5) 应力的关系：压应力方向上声波速度高。 (6)孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩 体波速高。 4-2 声波探测技术 date土木工程* 3 声波探测仪器设备和使用 岩体声波探测是声波发射、传播及接受显示的过程,声波探 测仪由发射换能器、接收换能器和声波仪组成。 4-2 声波探测技术 date土木工程* 3 声波探测仪器设备和使用 （1）换能器的布置方法： 穿透法 室内实验 现场测试:双孔孔间穿透法 4-2 声波探测技术 date土木工程* 反射法 t r 界面1 界面2 界面3 深 度 时 间 目的物 反射法 4-2 声波探测技术 date土木工程* 剖面法： 4-2 声波探测技术 date土木工程* 5 声波测试的应用:地质工程 岩土工程 结构工程 1 地质工程： 1）围岩松弛带的测试 4-2 声波探测技术 岩体完整,节理裂隙,可 认为未有松驰带。 波速与孔深的关系 洞壁出现应力集中现象, 岩 体保持完整。松弛带 应力上升 原始应力带 应力集中现象不明显, 近洞 壁岩体完整性降低,存在松驰 带 date土木工程* 1 地质工程： 2）评价完整性程度，估算岩体强度。 4-2 声波探测技术 cm0.750.75cm0.45cm0.45 完整性好完整性较好完整性差 据完整性系数进行岩体质量分级 工程岩体分级标准 gb50218-94 公路隧道围岩分类规范(jtj026090) date土木工程* 1 地质工程： 2）评价完整性程度，估算岩体强度。 4-2 声波探测技术 n试块强度声波测试岩体强度 date土木工程* 1 地质工程： 3）声波测井 4-2 声波探测技术 date土木工程* 2 岩土工程： 1）岩土体力学参数确定 4-2 声波探测技术 date土木工程* 2 岩土工程： 1）岩土体力学参数确定 4-2 声波探测技术 date土木工程* 2 岩土工程： 2）桩基完整性检测 4-2 声波探测技术 反射法 date土木工程* tsp系列隧洞地震探测仪超前探测原理示意图 最大探测距离达500m， 有效探测距离150m， 最高分辨率1m。 2 岩土工程：3）隧洞内超前探测 4-2 声波探测技术 date土木工程* 经验公式 3 结构工程： 1）混凝土厚度检测 4-2 声波探测技术 date土木工程* 4-2 声波探测技术 3 结构工程： 2）混凝土空洞检测 经验公式 date土木工程* 直接检测 沿面检测 4-2 声波探测技术 3 结构工程 3）混凝土裂缝检测 date土木工程* 4-2 声波探测技术 3 结构工程： 3）混凝土裂缝检测 date土木工程* 4