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(巖土工程專業(yè)論文)混凝土淺層空洞及界面的聲波反射探測模型試驗研究.pdf.pdf 免費下載
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文檔簡介
鐵道科學研究院學位論文 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學位論文 是本人在導師的指導下 獨立進行研究工作 所取得的成果 除文中已經注明引用的內容外 本論文不含任何其他個人或集體已經 發(fā)表或撰寫過的作品或成果 對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體 均已在文中 以明確方式標明 本聲明的法律結果由本人承擔 論文作者簽名 時膳殺孑 日期 哆年7 月 日 關于學位論文使用授權說明 本人了解鐵道科學研究院有關保留 使用學位論文的規(guī)定 即 學校有權保留學 位論文 允許學位論文被查閱和借閱 學校可以公布學位論文的全部或部分內容 可 以采用復印 縮印或其他手段保存學位論文 學校可根據有關規(guī)定 送交學位論文 對以上規(guī)定中的任何一項 本人表示同意 并愿意提供使用 作者簽名 蘆聲 償莩礦 導師簽名日期 娜7 年7 月1 1 日 混凝土淺層空洞及界面的聲波探測方法模型試 驗研究 聲波反射法探測缺陷作為無損檢測的一種重要手段在巖土工程中已 獲得廣泛的應用 但將其應用于探測混凝土淺層缺陷 如內部界面及空 洞時 存在定性判識缺乏依據 定量分析精度不足的問題 原因在于對 實際混凝土中缺陷的多樣化和對聲波反射法自身的特點認識不足 使得 實際應用中往往很難取得理想的效果 本文通過模型試驗 對這些典型缺陷界面聲學特性進行分析 尋找 實際混凝土缺陷探測理論基礎 論文在分析水中幾種典型界面反射波的 時問距離曲線的基礎上 對混凝土界面和空洞模型 分別采用自激自收 反射法 共源反射法 固定換能器間距反射法 透射直達波c t 法 表 層直達波c t 法進行了研究 采用了單通道 多通道的時域 頻域圖分 析法 c t 層析法 m a t l a b 超越方程等數學物理方法進行數據分析 得 出了采用特定的測試布置方法 合理的頻率 聲波反射法可用于混凝土 淺層空洞及界面探測的結論 同時給出了相應的適用條件 1 論文的研究意義 分析國內外有關混凝土結構缺陷的無損檢測資料 特別是涉及沖擊 反射法的原理和應用的資料并結合實際工程檢測效果可以發(fā)現 聲波在 混凝土中的衰減很大 利用多次反射來探測混凝土內部缺陷界面很難取 得理想的效果 在混凝土內部缺陷的檢測中 由于混凝土內部缺陷的多 樣性和復雜性 使得現有的檢測方法的精確性不高 有很多問題值得迸 一步的探討和總結 例如 激勵源的選擇 敲擊點和傳感器的位置 不 同缺陷在不同測試方法下的規(guī)律等 本文將以實驗為基礎 針對不同的 反射界面總結不同測試方法的規(guī)律 2 論文所完成的工作 2 1 龍泉湖水上實驗 在成都龍泉湖上進行了水上實驗 共采集波形24 00 多條 其中 主要模型試驗有 1 換能器子波形態(tài)測試及換能器的制作 2 聲波激發(fā)方法的研究 3 湖底探測 4 水中球體c t 成像 s 反射法探測水中球體 6 水中平板的探測 7 石塊厚度的探測 2 2 混凝土模型試驗 以水中聲波試驗為基礎 選取并制作了兩個混凝土界面模型 傾斜 界面模型和形空洞模型 1混凝土傾斜界面模型試驗 針對傾斜界面制作了混凝土傾斜界面模型 在此模型試驗中 用多 種方法測試了傾斜界面 分析比較了共源法探測模型界面傾角和固定偏 移距探測傾斜界面的傾角的特點 并用兩種方法測試了傾斜界面的傾角 2 混凝土球形空洞模型試驗 對混凝土球形空洞模型 分析了共源法探測球形界面的效果a 其中 包括發(fā)射不動移動接收和發(fā)射和接收同步移動兩種方法 論文的研究思路及主要內容 反射法探測混凝土內部缺陷時 要將換能器置于測試表面上 這樣 直達波的存在就是必然的 這種直達波有時是有用的 如可以用表面聲 波監(jiān)測裂紋 但在反射法探測混凝土內部缺陷時 這種波的存在會對缺 陷反射波的識別造成干擾 給測試帶來麻煩 為此 本文將對如何區(qū)分 缺陷反射波與這種直達波展開討論 以地震勘探的理論為基礎 討論一些典型界面的探測規(guī)律 并以水為 聲波的傳播介質進行一些界面的模型試驗 討論聲波的基本傳播特性以 及幾種典型界面的聲波反射特性 針對兩種混凝土界面模型進行探測試 驗 討論不同探測方法的規(guī)律和探測效果 本文以地震勘探的一些成果為基礎 通過大量水中模型試驗測試 認識 了聲波的一些基本特性 以水為聲波傳播介質 有針對性的對凡種界面 模型的時間距離曲線的進行了討論 在水中模型試驗的基礎上進行了兩 種混凝土界面的模型試驗 針對這兩種界面 討論了幾種不同的測試方 法 主要內容包括 1 由水中傾斜界面模型的探測可知 用共源法測法估算界面的傾角這 一方法是可行的 在x 由小到大增大的過程中 所計算出的傾角是有誤 差的 在x 較小時傾角偏大 x 較大時傾角偏小 試驗中之所以能得到 與真實值較接近的結果是因為正負誤差正好相互抵消 從傾角誤差來看 當x 在1 0 1 5 之間時 誤差由正值變?yōu)樨撝?誤差較小 2 用自激自收法探測湖底界面 能夠探測到湖底界面 且效果較好 對弧形界面的探測 是有誤差的 所探鋇8 球體的半徑r 或曲率p 越 大 直接排列反射波所得界面與真實值越接近 當探測界面為水平直線 時 理論誤差減小為0 反之 誤差越大 3 l 由水中模型試驗可知 發(fā)射換能器與接收換能器間距對測試結果有 較大的影響 在發(fā)射與接收換能器間距逐漸變大的過程中 直達波是逐 漸變小的 換能器間距為1 0 c m 時直達波與反射波相比已很小了 在時 域內可以很清楚的將二者區(qū)分開 換能器間距大于2 0 c m 時 隨著換能 器間距的變大 直達波的變化就 e 4 了 因此 測試時應適當增大發(fā)射 換能器與接收換能器間的距離 但間距達到一定程度后 再增大距離直 達波的變化就很小了 4 由混凝土傾斜界面模型試驗可知 共源法探測界面傾角的良好測試 效果需要一定的測試條件來保證 首先測試中要使直達波振幅與反射波 振幅大小差別比較大 這就要求收 發(fā)換能器間距要大于1 5 c m 才行 而共源法探測界面傾角需要兩個接收換能器分布在發(fā)射換能器兩側 這 樣兩個接收換能器的間距要大于3 0 c m 其次 測試時換能器應盡量遠 離邊界界面 以免邊界界面反射影響測試效果 因此 共源法探測界面 傾角對探測對象的尺寸要求較高 尺寸小的探測效果不好 5 l 由混凝土傾斜冕面模型試驗可知 固定偏移距法探測界面傾角所得 波形的時間差較小 上例中時間差只有1 5 us 這就容易使得測試過程中 的一些誤差在最終的測試結果中被放大 為了減小誤差 在保證測試效 果的前提下應減小換能器間距x 在測試條件允許的前提下增大換能器 偏移距d 因此固定偏移距法探測界面傾角對測試精度的要求是比較高 的 6 在混凝土傾斜界面模型試驗中 對比共源法和固定偏移距法可知 共源法探測界面傾角計算過程簡單 方程的解是解析解 不會出現求解 誤差 但該方法要求界面尺寸較大才能得到良好的測試效果 在界面尺 寸較小的情況下不易獲得多個測點的數據 固定偏移距法進行一個測點 的測試所要求的換能器間距是共源法的一半 可以以較小的換能器偏移 距獲得多個測點的數據 但該種測法的計算需解一個超越方程 計算復 雜 對系數的輸入要求也較高 以上兩種測試方法各有優(yōu)缺點 應根據 實際條件來選擇 或兩種測試方法結合起來進行測試 以減小測試誤差 7 在共源法探測混凝土球形界面模型試驗中 當發(fā)射不動而移動接收 時 球形界面在反射波形上有反應 但水平界面 傾斜界恧和球形界面 反射波的擬合曲線都近似為向上凹的二次曲線 從曲線的形狀上不好分 辨反射界面的種類 因此 共源法探測球形界面時 對界面有反映 但 不易區(qū)分反射界面的形狀 8 在共源法探測混凝土球形界面模型試驗中 收發(fā)同步移動時 當換 能器經過球形界面上方 球形界面在測試結果中有反映 直達波長度有 明顯的變化 直達波長度呈先減小后增大的變化規(guī)律 因此 這種收發(fā) 同步移動的測試方法可以作為區(qū)別球形界面與其它界面的一種測試方 法 4 本文結論 論文在分析水中幾種典型界面反射波的時間距離曲線的基礎上 對 混凝土界面和空洞模型 分別采用自激自收反射法 共源反射法 固定 換能器間距反射法 透射直達波c t 法 表層直達波c t 法進行了研究 采用了單通道 多通道的時域 頻域圖分析法 c t 層析法 m a t l a b 超 越方程等數學物理方法進行數據分析 得出了聲波反射法 含表層直達 波c t 法 可用于探測混凝土淺層空洞及界面的結論 其適用條件及規(guī) 律總結如下 1 l 試驗中 用聲波多次反射來測定反射面深度的方法很難實現 2 l 在沒有縱波波速和頻率足夠高的情況下 可以用表層直達波波速代 替混凝土內部縱波波速 3 采用聲波反射法進行混凝土淺層界面及空洞的探測是可行的 多通 道波形排列法更能形象 直觀地從整體上反映反射界面的存在及其大致 形狀 4 1 用自激自收反射法探測傾斜或有弧度的界面時 用波形排列法對單 通道波形處理得到的界面是有誤差的 且傾斜或弧度越大 誤差也越大 5 接收與發(fā)射換能器間距對測試結果有較大的影響 對本模型而言 建議接收與發(fā)射換能器間距在水中應大于1 0 c m 而在混凝土中則要大 于1 5 c m 6 共源聲波反射法和固定換能器間距聲波反射法探測界面傾角是可行 的 固定換能器間距聲波反射法應在保證測試效果的前提下減小換能器 間距 增大測點間距 7 對一定深度的空洞 采用合適的頻率 表層直達波c t 探測空洞 是可能的 但對測試和讀數精度的要求很高 s t u d yo na c o u s t i c a ir e f i e c t i n gm o d e id e t e c t i n g s h al io wc a v ea n din t e r f a c einc o n c r e t e a c o u s t i c a lr e f l e c t i n gm e t h o d a san o n d e s t r u c t i v ei n s p e c t i o n h a sb e e nw i d e l yu s e di ng e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g b u tw h e na p p l i e d t o d e t e c t i n gs h a l l o w l a c u n a si nc o n c r e t e s u c ha si n t e r i o r i n t e r f a c ea n dc a v e i tl a c k sf o u n d a t i o no fq u a l i t a t i v ej u d g e m e n t a n dq u a n t i t a t i v ea n a l y z e dp r e c i s i o n b e c a u s et h ed i v e r s i f i c a t i o n o fl a c u n a si nc o n c r e t ea n dt h ep r o p e r t yo fa c o u s t i c a lr e f l e c t i n g m e t h o di sn o tu n d e r s t o o dc o m p l e t e l y i d e a lp u r p o s ei sh a r d l y a c h i e v e da c t u a ll y i nt h i sp a p e r a c t u a lt h e o r yo fd e t e c t i n gl a c u n a si nc o n c r e t e a 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r a w nt h a ts h a l l o wc a v e sa n di n t e r f a c e si nc o n c r e t ec a nb e d e t e c t e db ya c o u s t i c a l r e f l e c t i n gm e t h o dw i t hs p e c i a lt e s t i n g c o l l o c a t i o na n dr a t i o n a l f r e q u e n c e a n dr e l e v a n ta p p l i c a b l e q u a l i f i c a t i o n sa r eg i v e na tt h es a m et i m e 1 r e s e a r c hs i g n i f i c a n c eo ff h ep a p e r a f t e ri n v e s t i g a t i o no nn o n d e s t r u c t i v ei n s p e c t i o nd a t a o f c o n c r e t es t r u c t u r a ld e t e c t e s p e c i a l l yt h ed a t ao f ft h e o r ya n d a p p l i e a t i o no fi m p a c t r e f l e c ta n dc o m b i n a t i o nw i t hr e s u l t so f a c t u a le n g i n e e r i n gt e x t u l t r a s o n i cw a v ea t t e n u a t i o ni nc o n c r e t e i ss e r i o u s i d e a lr e s u l t sa r eh a r d l ya c h i e v e d w h e ni n s p e c t i n g d e t e c t si nc o n c r e t eb ym a k i n gu s eo fr e p e t i t i o u sr e f l e c t i o 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混凝土淺層缺陷 如內部界面及空洞時 存在定性判識缺乏依據 定量分析精度不足的問題 原因在于對實際混凝土 中缺陷的多樣化和對聲波反射法自身的特點認識不足 使得實際應用中往往 很難取得理想的效果 本文通過模型試驗 對這些典型缺陷界面聲學特性進行分析 尋找實際 混凝土缺陷探測理論基礎 論文在分析水中幾種典型界面反射波的時間距離 曲線的基礎上
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