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

2020 4 24 1土木工程 GaoSuGongLu 第四章声波测试技术 SACE 2020 4 24 2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 20 20000HZ 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 2020 4 24 3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 2020 4 24 4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 2020 4 24 5土木工程 波动方程 拉密运动方程 4 1声波的传播规律 2020 4 24 6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 2020 4 24 7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 2020 4 24 8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 2020 4 24 9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 2020 4 24 10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 2020 4 24 11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 2020 4 24 12土木工程 三种波波速的关系 4 1声波的传播规律 2020 4 24 13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 2020 4 24 14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 2020 4 24 15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 2020 4 24 16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 2020 4 24 17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 2020 4 24 18土木工程 反射法 反射法 4 2声波探测技术 2020 4 24 19土木工程 剖面法 4 2声波探测技术 2020 4 24 20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 2020 4 24 21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 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 JTJ026 090 2020 4 24 22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 试块强度 声波测试 岩体强度 2020 4 24 23土木工程 1地质工程 3 声波测井 4 2声波探测技术 2020 4 24 24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 2020 4 24 25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 2020 4 24 26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 2020 4 24 27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 2020 4 24 28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 2020 4 24 29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 2020 4 24 30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 2020 4 24 31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 2020 4 24 3