巖土工程測試技術

巖土工程測試技術第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第四章：聲波測試技術與聲發(fā)射監(jiān)測技術引言聲波測試作用：無損探測確定巖土體介質(zhì)和結(jié)構(gòu)的力學特性和了解其內(nèi)部缺陷。第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六第四章：聲波測試技術與聲發(fā)射監(jiān)測技術引言生發(fā)射技術的作用：確定巖土體介質(zhì)和結(jié)構(gòu)的內(nèi)部破壞狀態(tài)及受力歷史。第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六1）波動方程4.1聲波的傳播原理第四章：電阻應變片測量技術式中：λ，G——拉密系數(shù)；θ——體積應變；εx,εy,εz

——x,y,z方向的位移；ρ——介質(zhì)密度；

——拉普拉斯算子,拉密運動方程第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.1聲波的傳播原理第四章：電阻應變片測量技術①縱波（P波）1）波動方程質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致時，稱為縱波。寫為：縱波：第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.1聲波的傳播原理第四章：電阻應變片測量技術②橫波（S波）1）波動方程質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直時，稱為橫波。橫波：第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.1聲波的傳播原理第四章：電阻應變片測量技術③表面波（R波）1）波動方程沿介質(zhì)表面和交界面?zhèn)鞑ィ▌诱穹S深度增加而迅速衰減的波稱為表面波。表面波質(zhì)點振動軌跡為橢圓形，長軸垂直于傳播方向，端軸平行于傳播方向。第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.1聲波的傳播原理第四章：電阻應變片測量技術1）波動方程縱波、橫波、表面波能量值比第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.1聲波的傳播原理第四章：電阻應變片測量技術2）波的反射與透射彈性波界面反射、透射保持位移和應力的連續(xù)性第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.1聲波的傳播原理第四章：電阻應變片測量技術2）波的反射與透射A0A2B2A1B1r1r2θ1θ2斯奈爾定律：第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.1聲波的傳播原理第四章：電阻應變片測量技術2）波的反射與透射A0A2B2A1B1r1r2θ1θ2考慮垂直入射，θ1=0，則B1=B2=0。反射系數(shù)：透射系數(shù)：波阻抗第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術彈性模量降低，巖體波速相應下降；巖石越致密，巖體聲波速越高；結(jié)構(gòu)面的存在，將使聲波速降低，并使聲波在巖體中傳播時存在各向異性；巖體風化程度大，波速低；壓應力方向上波速升高；孔隙率大，波速低。第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術1）聲波測試技術①穿透法發(fā)射探頭接收探頭穿透法靈敏度高，波形簡單、清晰，干擾小，波形易于識別。第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術1）聲波測試技術②反射法適用于介質(zhì)一端無法安裝傳感器的情況。發(fā)射器接收器第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術1）聲波測試技術③剖面法通過表面波特性測定介質(zhì)缺陷和材料性能。發(fā)射探頭接收探頭第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用①圍巖松弛帶測試第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用①圍巖松弛帶測試孔深波速原巖波速壓密帶原巖波速孔深波速巖體完整，洞室開挖后圍巖完整性和應力沒有明顯變化。巖體完整堅硬，圍巖無松動帶，有壓密帶。第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用①圍巖松弛帶測試圍巖表面松動，應力釋放降低。圍巖表面松動，應力降低；中部壓密，應力增高，最后逐漸變?yōu)樵瓗r應力狀態(tài)。松弛帶原巖波速孔深波速壓密帶原巖波速孔深波速松弛帶第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用②評價巖體強度和完整性完整性系數(shù)/龜裂系數(shù)：Vm——評價對象（巖體）的聲波速度；Vc——采樣試件的聲波波速。Cm＞0.75完整性好，裂隙??；Cm=0.75~0.45完整性較好，裂隙間距小于20~30cm；Cm＜0.45完整性差，裂隙間距在20~30cm以上；第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用②評價巖體強度和完整性—損傷巖體的楊氏彈性模量；E—無損傷巖體的楊氏彈性模量；—巖體損傷量。0≤D≤1D=0無損傷，巖體完好無損；D=1巖體完全破壞。第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用③巖體力學參數(shù)測定——巖體抗壓強度；——巖體抗拉強度；——巖石單軸抗壓強度；——巖體單軸抗拉強度。第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用④張開裂隙延伸深度測定l0l1l2hα第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用⑤聲波測井l聲波儀波速第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用⑥混凝土測厚⑦混凝土空洞檢測⑧混凝土裂縫檢測⑨樁基完整性檢測第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用⑩隧道超前地質(zhì)預報第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用⑩隧道超前地質(zhì)預報第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用⑩隧道超前地質(zhì)預報第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.2聲波探測技術第四章：電阻應變片測量技術2）應用⑩隧道超前地質(zhì)預報第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.3聲發(fā)射技術及應用第四章：電阻應變片測量技術1）原理材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂；或材料內(nèi)部缺陷及潛在缺陷在外部條件作用下，改變其狀態(tài)時，將以彈性波形式向外釋放能量。AE事件計數(shù)：紀錄每個聲發(fā)射事件；AE事件計數(shù)率：單位時間的AE事件計數(shù)；AE事件總數(shù)：聲發(fā)生事件計數(shù)累積。第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.3聲發(fā)射技術及應用第四章：電阻應變片測量技術1）原理第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.3聲發(fā)射技術及應用第四章：電阻應變片測量技術1）原理時間AE事件計數(shù)率第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.3聲發(fā)射技術及應用第四章：電阻應變片測量技術2）應用①凱塞爾效應當材料被加荷載時，有聲發(fā)射信號發(fā)生，若卸載后再加載，則在卸荷點以前幾乎不會再有聲發(fā)射信號產(chǎn)生。只有當荷載超過歷史最大荷載時，才會繼續(xù)產(chǎn)生聲發(fā)射信號。第32頁，共35頁，2023年，2月20日，星期六4.3聲發(fā)射技術及應用第四章：電阻應變片測量技術2）應用①凱塞爾效