弹性波与电磁波无损检测技术在建筑工程中的应用.doc

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1、弹性波与电磁波无损检测技术在建筑工程中的应用吴庆曾（中国地质学会桩基无损检测专业委员会）（中国地质调查局技术方法研究所）1.前言大凡建筑都有基础，而基础一定坐落在地基之上。建筑质量是否合格？是否稳定？是否能达到设计的抗震性能？决定着建筑物的使用寿命，形成了一个系统工程。在这个系统工程中，有一环是非常重要的，就是对地基、基础、上部建筑这三个建筑阶段的质量的勘探、检测与评价。但也有例外，没有地基，没有基础，那就是隧道，可是勘察、检测更为重要。当然，地基的勘察是走在最前面的，是这个系统工程中的先导，有时甚至决定着工程的成败，成为工程如何设

2、计的依据，也决定了施工过程中是否会因施工诱发地质灾害，这些在路、桥、坝、隧道的建设中尤为重要。地基清楚了（确切的说应是场地工程地质条件乃至水文地质条件清楚了），设计也有了，基础的施工，及其上部结构的施工质量检验，质量评价，成为工程质量控制必不可少的一环，也是工程验收的依据。35说到勘察、质量检测，存在两大类做法，即：原位检测与取样检测。它们又都存在两种绝然不同的方法即：有损检测和无损检测。当今，无损检测的应用，以及应用的水平和应用的范围，已成为衡量一个国家或一个领域技术发展水平高低的标志。本文所要论述的仅是：弹性波及电磁波无损检测技

3、术在建筑工程中的应用的现状。2.关于弹性波的无损检测技术2.1弹性波的基本概念2.1.1固体中的弹性波，指的是固体中的介质质点在受到外力扰动时产生振动，从而引起质点相互碰撞的波动过程，其波动方程为……………………（2.1）式中称为波数；μ及μm为声场中质点瞬时位移及最大位移；c为声波的声速；x为传播距离；λ为波长；ω＝2πf。（2.1）式说明的是声波的传播是时间与空间的函数。2.1.2弹性波的振动模式与传播速度A.纵波（简称P波）：质点的振动方向与传播方向一致，传播速度…………………………（2.2）（2.2）式中E为弹性模量；σ为泊

4、松比都是介质的弹性常数ρ为介质密度。B.横波（简称S波）：质点的振动方向与传播方向垂直，传播速度……………………（2.3）（2.3）式中μ为拉美系数；G为剪切模量；E为弹性模量；σ为泊松比；ρ为介质密度。35C.面波（简称R波）仅在固体的自由表面一个波长（波长λ＝C/f）的范围内存在，是P波和S波的合成波，质点作椭圆振动，并向前传播，传播速度………………………………（2.4）存在VP＞VS＞VR，当σ＝0.25时VP=1.73VS，VR＝0.92VS2.1.3弹性波的反射、折射、绕射等规律如果介质是连续的，即波阻抗Z不变，（波阻抗Z

5、等于密度ρ和声速C的成积，即Z＝ρ·C）声波在其中的传播比较简单，会沿着起始的方向以往无前，但是在介质波阻抗（ρc值）发生突变的界面，弹性波会发生反射、折射、绕射等现象，和光的传播一样遵循Snell定律。………………………（2.5）（2.5）式中θi、θt分别为波的入射角和折射角，C1、C2分别为上下界面的声速。2.1.4弹性波的波幅衰减规律……………………………………（2.6）35……………………………………（2.7）上两式中为发射点的声波波幅；α为声波衰减系数，它是频率的函数；为传播距离。（2.6）式适用平面波，（2.7）适用球

6、面波。2.2弹性波透射法透射法可以勘察或检测其它方法无法做到的一些勘察或检测内容，如：l岩体因施工引起的松动范围检测l基桩完整性检测l岩体灌浆补强效果的检测l岩体动弹性力学参数测试l岩体中溶洞、破碎带的勘察；l重力坝稳定性的检测；l滑坡体滑带（滑床）的勘察；l混凝土的缺陷检测；l混凝土的裂缝检测l混凝土的强度检测在上述的勘察、检测中，由于所使用弹性波频率的不同，形成了不同领域技术中的不同仪器装备。不同的仪器装备，在不同的技术领域中有着不同的技术方法名称。频率在2kHZ—500kHZ的被称为“声波检测”或“超声波检测”；频率在2kHZ

7、以下的被称作“工程地震勘探”。不论名称如何，其工作原理是共同的。2.2.1岩体因施工引起的松动范围检测35由于爆破施工会引起边坡岩体、隧道围岩的松动，造成岩体失稳，需要检测松动范围，从而确定加固措施。可以采用跨孔声波透射法，如图2所示。由声速的变化可确定岩体的松动范围。2.2.2声波透射法基桩完整性检测.检测技术的依据是：《建筑基桩检测技术规范》JGJ106—2003A.基桩可能出现的缺陷基桩是被大量采用的建筑基础，它有着诸多优势，在此不加赘述。但基桩在施工过程，会由于多种原因出现不同的缺陷，如图3。B.测试方法：水平同步法、斜测法

8、、扇面测试法如图4。35C.声波仪测试的接收波形，见图5。根据各测点测取的声速、波幅值绘制出的声速——深度曲线和波幅——深度曲线，如图6。D.检测缺陷的原理和依据35一.声学原理的依据是：正常混凝土的声速大于缺陷的声速，正常混凝土的波