岩体超声检测技术ppt课件

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1、岩体超声波检测技术岩体超声检测技术概念★超声波检测：超声波测试技术是以人工激振的方式向介质(岩石、岩体、混凝土等)发射超声波，在一定的空间距离上接收介质物理特性调制的超声波，通过观测和分析超声波在不同介质中的波速、波幅、波形等声学参数，来了解岩体材料的物理力学特性、结构特征和风化程度等。岩体超声检测技术原理★原理：通过测定超声波在岩体中的传播情况（波速、声时值、波形、波幅等）来推定岩体材料的结构特征岩体结构密实，声速传播快；岩体结构不密实，声速传播慢。声波按其频率分为次声波、可闻声波、超声波和特超声波四类。岩体超声检测技术什么是超声波？次声波的频率在20Hz以下，人耳听不

2、到，但对人体伤害极大可闻声波的频率在20Hz~20KHz之间，人耳可以听到超声波的频率在20KHz~1000MHz，人耳听不到特超声波的频率在1000MHz以上，人耳听不到在声波无损检测中，超声波检测用途最广。主要因为超声波具有以下特性：①束射特性超声波频率高、波长短，声束指向较好，可以使超声能量向一个确定的方向集中辐射，便于缺陷定位；②反射特性超声波在弹性介质中传播时，遇到异质界面时会产生反射、透射或折射，这些现象主要由入射角度和不同介质的声学特性决定，利用超声波这一性质，可确定构件中缺陷的有无及其性质。岩体超声检测技术为什么用超声波做检测？③传播特性超声波能量高，在大

3、多数介质中传播时能量损失小，传播距离远，穿透能力强，使得超声检测具有很大的可检测范围。④波型转换特性超声波在异质界面上容易实现波型转换，构件检测中所需要的各种波型（包括纵波、横波、板、表面波等）都可以通过压电晶片形成的纵波产生。岩体超声检测技术岩体超声检测技术（3）表面波R（瑞利波）：固体介质（如岩石）表面在交替变化的应力作用下，质点产生纵横复合振动。这种质点振动所引起的波动传播只在距固体介质表面很小的范围内进行，故称表面波。表面波在介质表面传播时，介质表面质点作椭圆运动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。波动传播方向（a）某质点在一周期内的位移末端

4、轨迹（b）某一时刻不同质点在的振动位移yxz空气岩石表面波只能在固体介质中传播，且只能在固体表面传播。质点振动幅度随深度的增加迅速减小，可认为仅存于固体介质表面二倍波长深度之内。岩体超声检测技术（4）板波：在板状且厚度与波长相当的弹性固体中，传播的声波是有别于表面波的另外类型的波，称板波。主要用于探测薄板状构件内的缺陷。岩体超声检测技术波速★波速V(m/s)：岩体检测中最常用的参数•材料的弹性性质•材料的结构特性岩体超声检测技术波速1.波速与材料的弹性性质纵波波速Vpa.一维（细棒）：Vp1=b.二维（薄板）:Vp2=c.三维（无限大介质）Vp2=以下所提到的波速均为波在

5、固体中传播的速度！岩体超声检测技术波速横波波速Vs无限大介质:Vs==表面波波速Vr表面波波速与表面曲率有关，平表面的表面波波速如下式，凸表面的表面波波速高于此值，凹表面的表面波波速低于此值。平表面：Vr=在固体介质中，纵波、横波和表面波的波速有如下关系：Vp>Vs>Vr岩体超声检测技术波速2.波速与材料的结构特性•材料的尺寸•材料的组成成分•空隙率•缺陷岩体超声检测技术声压★声压（Pa）：超声场中的某一点在某一瞬间，因超声波引起的压强。Δm=ρ⋅ds⋅dxF=p⋅ds由动量定理：F⋅dt=Δm⋅Vap⋅ds⋅dt=ρ⋅ds⋅dx⋅Vap=ρ⋅dx/dt⋅Va=ρ⋅V⋅V

6、aVa为体积元的振动速度，当体积元很小时，即为质点振动速度。岩体超声检测技术超声波的指向性声波为一点源时，声波从声源向四面八方辐射。如果声源的尺寸比波长大时，则声波从声源集中成一波速，以某一角度扩散出去，形成主瓣和副瓣声束，如图所示。声波的能量主要集中在主瓣声束内，这种声束集中向一个方向辐射的性质就是声波的指向性。声场的指向性好坏常用指向角（扩散角）θ0衡量，其值为：岩体超声检测技术超声波的指向性式中：λ——介质中的超声波波长；D——声源尺寸，对圆声源为其直径，对方声源为其边长；κ——与晶片形状有关的参数，对圆声源κ=1.22，对方声源κ=1.0。一般而言，希望θ0值尽量

7、小，因为其值越小指向性越好，可以提高对缺陷的检测灵敏度和定位精度；但在探测形状复杂的工作时，希望其值大一些，以便利用扩散声束探测某一区域的缺陷。岩体超声检测技术介质的声阻抗★声阻抗Z（N⋅s/m3）：介质中某一质点的声压与该处质点的振动速度之比。Z=p/Va声阻抗表示介质对质点振动的阻碍作用。在同一声压下，声阻抗越大，质点的振动就越小。当超声波由一种介质传入另一种介质，或是从介质的界面上反射时，其各种行为（如反射、折射等）主要取决于这两种介质的声阻抗。气体、液体与固体之间的特性声阻抗之比接近于1:3000:8000岩体超声检测