1、聲 波 檢 測(cè) 技 術(shù),段永康 二0一0年四月一0日,第一章波動(dòng)理論基礎(chǔ) 第一節(jié)波動(dòng)的基本知識(shí) 一、振動(dòng) 1.振動(dòng)的基本概念：若質(zhì)點(diǎn)作偏離平衡位置，又再回到平衡 位置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)就是質(zhì)點(diǎn)作振動(dòng)。 若一個(gè)物體整體作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，稱物體作振動(dòng)，物體振動(dòng)是物 體整體參與的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中反應(yīng)的性質(zhì)就是物體的整體性質(zhì)， 而不是局部性質(zhì)。 2.周期：物體振動(dòng)重現(xiàn)一次所經(jīng)歷的時(shí)間稱為物體振動(dòng)的周 期，用T表示。 3.循環(huán)：在一個(gè)周期內(nèi)完成的運(yùn)動(dòng)看作一個(gè)循環(huán)。 4.頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)內(nèi)振動(dòng)的循環(huán)數(shù)稱為振動(dòng)的頻率。用f表示。 根據(jù)周期和頻率的定義，可知周期和頻率互為倒數(shù)。,5.自振頻率，未受外力的彈性系統(tǒng)，如在其內(nèi)力作用下運(yùn)

2、 動(dòng)，此時(shí)的振動(dòng)頻率稱為系統(tǒng)的自振頻率。 6.強(qiáng)迫振動(dòng)在外力激振下發(fā)生的振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與 激振力的頻率一致，而與統(tǒng)的自振頻率無(wú)關(guān)。 振幅：振動(dòng)物體偏離平衡位置的最大距離。 二、波動(dòng)的基本知識(shí) 1.波動(dòng)：在連續(xù)介質(zhì)中局部質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)向四周的傳波，形成 波動(dòng)。即波動(dòng)就是振動(dòng)的傳播。鑒于此波動(dòng)也就有周期頻率和 振幅。 2.波動(dòng)的位移，速度和加速度概念： （1）位移：波動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的距離就是位移U （2）速度：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的快慢的量度V， （3）加速度：質(zhì)點(diǎn)速度的變化率W，,3.波的分類： （1）按介質(zhì)振動(dòng)性質(zhì)劃分 a:縱波P波：由于介質(zhì)的脹縮所引起的波，其質(zhì)點(diǎn)的 運(yùn)動(dòng)方向與波的傳播方向一致的運(yùn)

3、動(dòng)。 波速： b:橫波S波：由于介質(zhì)的切變（畸變）所產(chǎn)生的波。 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波動(dòng)。 波速 式中，為拉梅常數(shù)，為密度。由此知VpVs，在連續(xù)介質(zhì) 中可以有兩種波傳播，P波和S波。 c:S波按其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)又可分為SV和SH波兩種， 方向?yàn)閭鞑シ较颍环N是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向在ZO平面內(nèi)垂直于 方向叫SV波。另一種是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向垂直于入射面ZO平面， 叫SH波。,圖 11 SV波和SH波 d:自由表面瑞利面波 在介質(zhì)自由表面，在滿足一定的條件時(shí)，P波和SV波可以 以同一速度傳播，因而產(chǎn)生迭加，形成一種新的波，其能量集 中在自由表面附近，叫自由表面瑞利面波R波。 e:層狀介質(zhì)中的瑞利

4、面波，在層狀介質(zhì)中由P波和SV波 可迭加形成一種面波，叫層狀介質(zhì)中瑞利面波。 f:層狀介質(zhì)中的勒夫面波，由SH波在層狀介質(zhì)中傳播， 滿足某一些條件，可形成一種新的面波勒夫面波。,(2)按照波陣面的形態(tài)劃分 在某一時(shí)刻波同相位點(diǎn)的集合形成的圖形叫波陣面 a:平面波 波陣面為平面的波叫平面波. b:球面波 波陣面為球面的波叫球面波. c:柱面波 波陣面為柱面的波叫柱面波.樁基聲波透射檢測(cè)的聲波就是由一個(gè)徑向換能器產(chǎn)生的波,其波陣面就是柱面.此種波就是柱面波.,第二節(jié)波的傳播,一、波的傳播介質(zhì) 波賴以傳播的介質(zhì)叫波的傳播介質(zhì).波的傳播介質(zhì)可分為一維介質(zhì)、二維介質(zhì)、三維介質(zhì)三類. 1、一維介質(zhì) 若一種

5、介質(zhì)在兩個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)小于第三個(gè)方向的尺寸,即介質(zhì)在一個(gè)方向可以任意延伸,其余兩個(gè)方向有限,這種介質(zhì)叫做一維介質(zhì).在實(shí)際工作中的桿、柱、梁、樁等都可以作為一維介質(zhì)處理. 2、二維介質(zhì) 若一種介質(zhì)在一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)小于另外方向的尺寸,即介質(zhì)在兩個(gè)方向可以任意延伸,一個(gè)方向有限,這種介質(zhì)叫做二維介質(zhì).在實(shí)際工作中的板材可以作為二維介質(zhì)處理. 3、三維介質(zhì) 若一種介質(zhì)在三個(gè)方向的尺寸均可以無(wú)限延伸, 這種介質(zhì)叫做三維介質(zhì).,二、波的傳播的斯奈爾定律 波入射到兩種介質(zhì)的界面上會(huì)產(chǎn)生折射、反射,將產(chǎn)生同名反射波、異名反射波、同名折射波、異名折射波.這些波要滿足斯奈爾定律 Vp1 ，Vs1 ，Vp2 ，V

6、s2 分別為介質(zhì)1、2中的P波和SV波波速。 由定律可知,三、 圖 12 波在界面上的反射和折射 即同名反射擊波的反射角等于入射角。 P波或SV波入射到自由表面，為滿足加界條件，就要迭加，產(chǎn)生同名反射波（P反）異名反射波（SV反 ）。,第三節(jié) 聲波和超聲波 一、聲波 聲波是頻率在幾佰赫茲到2萬(wàn)赫茲的波，人們的聽覺可以感知。其介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和傳播方向是一致的,所以聲波是縱波. 二、超聲波 頻率超過(guò)20000Hz的聲波叫超聲波。 從狹義上講，超聲波屬聲波類，因而應(yīng)該是縱波。但現(xiàn)在工程檢測(cè)中所應(yīng)用的聲波和超聲波是廣義上說(shuō)的，即只是從頻率上而言，因此聲波或超聲波就有縱波和橫波，特別是SH波及面波。

7、 三、聲波的聲學(xué)參數(shù)和性質(zhì) 聲波是一種波，它就具有波的一切物理力學(xué)參數(shù)和一切性質(zhì)，如：波速也叫聲速，振幅也叫波幅，頻率，相位等。在界面上會(huì)產(chǎn)生反射折射，而且附合波動(dòng)在界面上的反射折射規(guī)律，即遵守波的各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,四、聲波或超聲波在各種工程檢測(cè)中的概況 聲波或超聲波在工程檢測(cè)中的應(yīng)用，目前在三個(gè)方面。 第一個(gè)方面是混凝土強(qiáng)度和變形特性的檢測(cè)； 第二方面是混凝土表面產(chǎn)生裂縫深度的檢測(cè)； 第三方面則是對(duì)建物和構(gòu)筑物內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，諸如檢 測(cè)空洞，蜂窩、裂隙、離析和損傷或碳化混凝土厚度的檢 測(cè)。 基樁的聲波透射法檢測(cè)，就是用聲波檢測(cè)樁身內(nèi)部是否 存在缺陷的。,第二章 超聲波檢測(cè)混凝土強(qiáng)度 超聲波檢測(cè)

8、強(qiáng)度實(shí)際是以超聲波通過(guò)混凝土的速度V的 測(cè)定為基礎(chǔ)的。同時(shí)也考慮混凝土的其他特性的測(cè)定，如超 聲波的振幅、衰減、首半波的周期等。 該方法是基于混凝土強(qiáng)度R和超聲波在其內(nèi)的傳播速度V 之間有較好的相關(guān)性。一般說(shuō)來(lái)，強(qiáng)度越高，則其聲速越 快，其理由可以解釋為，混凝土強(qiáng)度與彈性模量有相關(guān)關(guān) 系，彈性模量高的混凝土強(qiáng)度也高，而彈性模量與波速間是 有定量關(guān)系。因此混凝土強(qiáng)度與聲速之間也應(yīng)該有相關(guān)性。 也可解釋為混凝土的密實(shí)性、孔隙率與聲速相關(guān)，而且與強(qiáng) 度相關(guān)。因此強(qiáng)度和聲速亦應(yīng)相關(guān)。,第一節(jié) 強(qiáng)度聲速曲線RV曲線 混凝土強(qiáng)度和聲速曲線RV曲線是超聲測(cè)強(qiáng)的基礎(chǔ)，要做測(cè) 強(qiáng)工作，首先必須率定RV曲線。 混

9、凝土是多種材料的集合體，隨要求不同，其組成成份變化 很大。同時(shí)各種材料又有不同產(chǎn)地，以及其制作中的條件差異， 使得混凝土的性能相差很大。所以雖然混凝土強(qiáng)度和聲速之間有 良好的相關(guān)關(guān)系，但具體到RV之間的關(guān)系則隨混凝土不同而不 同，也就是說(shuō)沒有統(tǒng)一的RV關(guān)系曲線。雖然沒有普適的RV 曲線，但在曲線的形態(tài)以及影響RV曲線的主要因素等方面，也 有許多共同之處。,圖 2-1 強(qiáng)度波速曲線,一、影響RV曲線的因素 研究表明，混凝土的原材料，配合比、制作條件、養(yǎng)護(hù)條 件、含水率、齡期等六項(xiàng)技術(shù)條件都對(duì)RV曲線有不同程度的 影響，但這些因素影響程度是不一樣的，在實(shí)用中有些可以忽 略，影響RV曲線的主要因素有

10、： 1.石子的產(chǎn)地品種、粒徑、用量影響 石子在混凝土中比例最大，所以石子狀況對(duì)RV曲線影響 很大，不同產(chǎn)生的石子曲線 不一樣，在同樣的強(qiáng)度下，速度可 以相關(guān)20%左右。不同粒徑的石子RV曲線也不一樣，在同樣 R下，波速也可能差20%左右，石子用量大，強(qiáng)度速度也不 一樣。 2.含水率的影響 由于混凝土是多孔體，孔中充水或充氣或二者皆有。試驗(yàn) 表明，含水率越高，聲速也越高，含水率變化1%，則波速也 變化1%左右。 3.養(yǎng)護(hù)條件的影響 不同的養(yǎng)護(hù)方式RV曲線有明顯的差別。,二、RV曲線的線型 1.變化范圍 混凝土是由水泥、砂和石子組成，水泥漿硬化體的波速 較低，一般在4000m/s以下，而砂和石子的

11、聲速在5000m/s 以上。所以普通的混凝土聲速一般在4000-5000m/s之間， 而低標(biāo)號(hào)、早齡期或受浸蝕凍融的混凝土聲速在4000m/s以 下。個(gè)別高標(biāo)號(hào)含堅(jiān)硬石子較多的聲速也有超過(guò)5000m/s 的。相應(yīng)于波速V在3000-5000m/s變化，其強(qiáng)度變化范圍大 概為15-50Mpa，這就是說(shuō)波速變化不太大變化范圍，而相 應(yīng)的強(qiáng)度則變化較大范圍。因此為保證測(cè)量強(qiáng)度有足夠精 度，就要求波速測(cè)量有更高的精度，通常要求控制在2%以 內(nèi)。,2RV曲線的線型 從整個(gè)RV曲線看，應(yīng)屬指數(shù)曲線形狀，即強(qiáng)度較低段， 曲線較平緩，隨強(qiáng)度增高，曲線也逐漸陡峭。也就是說(shuō)在強(qiáng)度 較低時(shí)，波速變化靈敏，在強(qiáng)度較高

12、時(shí)，波速變化遲鈍。 3RV曲線的函數(shù)形式 目前國(guó)內(nèi)外常采用的函數(shù)表達(dá)式有： 平方拋物線： 指數(shù)函數(shù)： 冪函數(shù)： 式中a ，b ，c 待定常數(shù)。,第二節(jié) 率定及計(jì)算RV曲線方法 一、試件制作 1.數(shù)量：3件一組，每條曲線不得少于10組。 2.試件尺寸：一般為150150150mm3的立方體，當(dāng) 骨料最大粒徑超過(guò)40mm時(shí)，試件尺寸不得小于 200200200mm3，其邊長(zhǎng)為最大骨料粒徑的3倍以上。 二、試件測(cè)試 1.超聲測(cè)試：在垂直于澆注方向面上，用相同的藕合 劑，在相同壓力條件測(cè)試，每個(gè)試件測(cè)5個(gè)點(diǎn)的走時(shí)。 2.尺寸測(cè)量：要求小于1mm的精度進(jìn)行測(cè)量。 3.波速計(jì)算： 4.強(qiáng)度測(cè)量，在垂直于澆

13、注方向和垂直于波速測(cè)試方向 進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。,三、結(jié)果整理 進(jìn)行回歸分析得出RV曲線。 計(jì)算均方根差和相關(guān)系數(shù)，判定擬合效果。 圖 2-2 波速?gòu)?qiáng)度測(cè)試方向,第三節(jié) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試混凝土強(qiáng)度的方法 一、在相對(duì)的兩側(cè)面均劃出相互對(duì)稱的網(wǎng)格，網(wǎng)格點(diǎn)即為 測(cè)點(diǎn)，距離測(cè)量誤差小于1%，計(jì)算出該點(diǎn)波速： 二、幾項(xiàng)應(yīng)進(jìn)行修正的情況 1.若含水率與研究的RV曲線的試件含水率相差較大，則 應(yīng)按含水率差值對(duì)波速進(jìn)行修正。 2.若測(cè)距L與試件尺寸相差較大，則必須進(jìn)行尺寸修正。 3.若測(cè)點(diǎn)值受鋼筋影響，應(yīng)使測(cè)點(diǎn)避開鋼筋一定距離或?qū)y(cè)值進(jìn)行修正。 4.對(duì)石子的產(chǎn)地不同進(jìn)行修正。 三、一般而言可以用各個(gè)影響因素的影響系數(shù)的方法

14、求得 總的影響系數(shù)Ct。 Ct= Cc Cd Ca C Cg Cm Cu Cp 式中Cc 為水泥品種影響系數(shù)，在0.85-1.14之間,Cd 為水泥用量影響系數(shù)，在0.46-1.38之間 Ca 骨料性質(zhì)影響系數(shù)，在0.8-6.0之間 C為最大骨料影響系數(shù)，在0.94-1.7之間 Cg 為細(xì)骨料（01mm）所占比例影響系數(shù)，在0.96-1.28 之間 Cm 混凝土齡期影響系數(shù)，在0.73-1.36之間 Cu 為混凝土濕變形系數(shù)，在0.8-1.04之間 Cp為混凝土摻合料影響系數(shù)，在1-1.4之間 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)混凝土的Ct =1 對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度Ref 可用標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度乘以影響系數(shù)而進(jìn)行 修正。 Ref=

15、 Ct Rc 四、確定混凝土強(qiáng)度的公式 在Ct =1的情況下，可得出RV的相關(guān)公式Rc =0.24e1.1v 對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度Ref= Ct Rc,第三章 混凝土內(nèi)部缺陷的超聲檢測(cè) 1.這里介紹結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)局部的不密實(shí)（如蜂窩，軟弱物 質(zhì)）和空洞的檢測(cè)方法，這里的空洞是指充填空氣或水的區(qū) 域，不包含充填軟弱物質(zhì)的區(qū)域。 2.本方法只適用于具有一對(duì)或兩對(duì)相互平行的臨空面，且 測(cè)區(qū)范圍大于懷疑區(qū)域。 第一節(jié) 超聲波通過(guò)內(nèi)部有缺陷的結(jié)構(gòu)物混凝土后性質(zhì)變化 超聲波在混凝土中傳播遇到缺陷時(shí)，由于缺陷的存在，使 超聲波正常傳播發(fā)生變化，改變了某些聲學(xué)參數(shù)，根據(jù)這些聲 學(xué)參數(shù)的變化和變化大小可以判斷

16、缺陷的存在和估計(jì)出其所在 位置及大致尺寸。,一、超聲波通過(guò)裂縫或缺陷后物理特性有以下變化 1.瑞利導(dǎo)出的超聲波垂直入射到裂縫時(shí)的能量反射系數(shù)。 圖3-1 超聲波通過(guò)裂縫 式中Z1，Z2為混凝土及裂縫中充填物的特征阻抗，D為裂縫寬 度。為超聲波波長(zhǎng)。 由瑞利公式顯見，超聲能量反射系數(shù)不僅和介質(zhì)特征阻 抗有關(guān)，而且和縫的寬度有關(guān)。還和超聲波的頻率有關(guān)。鑒于 公式可見，超聲波通過(guò)裂縫后發(fā)生頻率降低，同時(shí)走時(shí)增加， 振幅減小，出現(xiàn)裂縫尖滅點(diǎn)的繞射波。,2.超聲波通過(guò)有缺陷混凝土走時(shí)（聲時(shí)）增加。如圖所示 圖 4-1超聲波檢測(cè)內(nèi)部缺陷 若超聲波直接通過(guò)缺陷，則由于缺陷區(qū)域波速低，走時(shí)增 加，若是由缺陷邊

17、繞過(guò)，則路程增加，走時(shí)也必然增加。 3.超聲波通過(guò)缺陷混凝土后振幅（波幅）減小，由于波通過(guò) 缺陷區(qū)其密實(shí)度低，對(duì)波的衰減比正常區(qū)大得多，并且存在兩 個(gè)界面，在其界面上要發(fā)生反射，穿過(guò)能量減少，因此振幅必 然比不通過(guò)缺陷的波要小得多，且其比走時(shí)要敏感得多，但要 求測(cè)量時(shí)藕合要完全一致。若不穿過(guò)，而是繞過(guò)，則由于散射 的原因，能量也損失，波幅也減小。,4.超聲波通過(guò)有缺陷的混凝土頻率降低 由第三章中的瑞利公式見，在公式分母中有一項(xiàng)，若頻率 高，波長(zhǎng)就短，相角就大，余弦值就小，分母小公式結(jié)果就 大，反射能量大，通過(guò)缺陷的能量就小，相對(duì)而言高頻小了， 整個(gè)通過(guò)的波的頻率就降低了。 5.超聲波通過(guò)缺陷后

18、波形改變 不過(guò)缺陷的波形特征服 通過(guò)缺陷的波的波形特征 （1）初至波陡峭，振幅大 （1）初至波平緩，振幅小 （2）第一周期的后半周期即 （2）第一周期后半周甚至到達(dá)到較高振幅 第二周期，振幅增加得仍不多 （3）第一周期的波無(wú)畸變 （3）在第一、二周期后有時(shí)還 會(huì)出現(xiàn)畸變 （4）接收波的波頭包絡(luò)線部分 （4）接收波包絡(luò)線呈喇叭形 呈半圓形 綜上四方面，超聲波的走時(shí)、振幅、頻率和波形變化都可以 反映混凝土內(nèi)部缺陷的存在。,圖 4-2 深度走時(shí)曲線，深度振幅曲線，深度頻率曲線 上圖所示是一個(gè)大塊體內(nèi)部埋一模擬缺陷多孔塊體的模 型，不同高度得到的走時(shí)，振幅、頻率曲線，從圖可以看出走 時(shí)、振幅、頻率均能

19、反映缺陷的存在和位置。,第二節(jié)測(cè)試方法 一、測(cè)點(diǎn)的布置 1.結(jié)構(gòu)具有兩對(duì)相互平等的臨空面的情況 以兩對(duì)相互平行的臨空面作為測(cè)試面，在測(cè)區(qū)的兩對(duì)平行 的測(cè)試面上，分別以間距100-300mm畫網(wǎng)格，對(duì)格點(diǎn)逐個(gè)編 號(hào)，格點(diǎn)就是測(cè)點(diǎn)位置。如下圖所示： 圖 4-3 測(cè)缺陷的平面圖和立面圖,2.結(jié)構(gòu)只具有一對(duì)平行的臨空面情況 對(duì)于只有一對(duì)平行的臨空面時(shí)網(wǎng)格可以按1中所述處理，測(cè) 試可采用平測(cè)和斜測(cè)相結(jié)合。 3.結(jié)構(gòu)物較大，測(cè)距較大的情況 對(duì)于兩測(cè)試面距離較大的情況，可以在兩面的中部適當(dāng)位置 鉆孔，孔徑40-50mm，深度視測(cè)試需要而定。采用也中和兩個(gè) 測(cè)試面進(jìn)行測(cè)試。 圖 4-4-a 平面圖 圖 4-4

20、-b立面圖,二、測(cè)試方法 1.檢查各測(cè)點(diǎn)表面的平整，若不平整則加工平整，若實(shí)在 無(wú)法加工平整的，則可作稍許移動(dòng)避開不平整位置。 2.測(cè)量各相對(duì)測(cè)點(diǎn)間距離，要精確到1%。 3.在測(cè)點(diǎn)涂上藕合劑，逐點(diǎn)測(cè)量聲時(shí)、波幅和頻率。若發(fā) 現(xiàn)異常點(diǎn)，復(fù)測(cè)確實(shí)無(wú)誤后，再按統(tǒng)計(jì)方法對(duì)該點(diǎn)作出判斷， 若確定該測(cè)點(diǎn)內(nèi)部有缺陷，則在該點(diǎn)周圍加密測(cè)點(diǎn)，以確定缺 陷范圍。 4.當(dāng)對(duì)測(cè)、斜測(cè)完成后或兩對(duì)平行面對(duì)測(cè)都完成后，繪制 所測(cè)結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖，把結(jié)果標(biāo)在上面，并用斜影線勾畫出缺陷 位置和范圍。若已探明缺陷的縱深位置，還應(yīng)繪制缺陷部位橫 截面圖，標(biāo)出缺陷縱深位置。,第三節(jié) 數(shù)據(jù)處理和測(cè)試結(jié)果分析 一、求出測(cè)區(qū)內(nèi)的混凝土的波速

21、（或走時(shí)）、波幅、頻 率，測(cè)量值的平均值（mx）和標(biāo)準(zhǔn)差（Sx） 4-1 4-2 式中Xi為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的波速、波幅、頻率的測(cè)量值，n測(cè)區(qū)內(nèi) 參與統(tǒng)計(jì)的測(cè)點(diǎn)數(shù)。,（2）若X0tn，則判定tn，tn+1等所有數(shù)據(jù)均為異常值。 （3）若X0 tn 則將tn 后緊接它的數(shù)據(jù)tn+1加入前面所有數(shù) 據(jù)重新進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算和判別。 2.波幅、頻率或（由聲時(shí)得出的波速值判別） （1）將波幅、頻率或波速值按由大到小順序排列，即 X1X2X3XnXn+1。將排在后面明顯小的數(shù)據(jù) 視為可疑，將這些數(shù)視為可疑數(shù)據(jù)中最大的一個(gè)（假定為Xn） 和前面所有數(shù)據(jù)一起進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出mx 和Sx值，并由下式計(jì) 算異常情況判斷值（

22、X0）。 式中i的意義和取值如前述。 （2）將X0和可疑數(shù)據(jù)中最大的一個(gè)Xn比較，若XnX0， Xn及其后的所有數(shù)據(jù)均為異常。若XnX0，則將Xn+1和其前面 的幾個(gè)數(shù)據(jù)一起重新統(tǒng)計(jì)計(jì)算和判別。,4-4,第四節(jié) 聲速、振幅、頻率測(cè)值綜合判斷缺陷的方法 一、走時(shí)，波幅兩參數(shù)綜合判斷方法綜合指標(biāo)法 1.質(zhì)量指數(shù)kg的定義 式中Ai為某測(cè)點(diǎn)信號(hào)初至波幅，單位為mm（或衰減器讀數(shù) 單位），ti相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)，單位為s。m為常數(shù)，單位與ti相 同。 2.引入m的意義：引入m使走時(shí)減去m后擴(kuò)大了剩余部分走 時(shí)的相對(duì)變化幅度，在式中增加了走時(shí)的影響作用。 3.m值的選取原則 m值按下述公式選取,(4-6),

23、(4-7),式中A為各測(cè)點(diǎn)波幅值的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差 A為波幅平均值 （ti-m）為各測(cè)點(diǎn)的（ti-m）值的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差 （ti-m）平均為各測(cè)點(diǎn)的（ti-m）平均值 二、走時(shí)tI，波幅AI，頻率fI三參數(shù)綜合法 1.質(zhì)量指數(shù)定義 2.引入m，n的原則,(4-8),第四章 樁基聲波透射檢測(cè)方法 聲波透射檢測(cè)方法用來(lái)對(duì)已預(yù)埋了聲測(cè)管的混凝土灌注樁 樁身完整性檢測(cè)。 1.預(yù)埋聲測(cè)管的要求： （1）測(cè)管的內(nèi)徑宜為50-60mm。 （2）一根樁預(yù)埋的聲測(cè)管數(shù)為： 樁徑D800mm的埋2根管 樁徑為800mmD2000mm的埋3根管 樁徑D2000mm的埋4根管 （3）聲測(cè)管應(yīng)沿樁截面外側(cè)呈對(duì)稱形狀布置。 （4）

24、聲測(cè)管下端封閉，上端加蓋。,2.聲波透射檢測(cè)的儀器 （1）儀器可實(shí)時(shí)顯示和記錄接收信號(hào)的時(shí)程曲線。 （2）儀器具有頻率測(cè)量或頻率域分析功能 （3）儀器時(shí)間精度優(yōu)于和等于0.5s。 （4）幅值測(cè)量相對(duì)誤差小于5。 （5）系統(tǒng)頻帶寬度為1-20KHz （6）系統(tǒng)最大動(dòng)態(tài)范圍不小于100db （7）聲波發(fā)射控制電壓矩形脈沖，脈寬可調(diào)，電壓幅值 為200-1000V。 （8）換能器諧振頻率為20-50KHz，水密性滿足1Mpa水壓不 漏水。,第一節(jié) 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) 一、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作 1.對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，確定儀器的延遲時(shí)間誤差。 2.計(jì)算幾何因素引起的聲時(shí)修正值。 3.在樁頂測(cè)量相應(yīng)聲測(cè)管外壁間凈距離

25、。 4.將各聲測(cè)管內(nèi)注灌水，檢查聲測(cè)管暢通情況。 5.收集聲測(cè)管埋置情況。 二、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) 1.將發(fā)射與接收換能器通過(guò)測(cè)繩深度標(biāo)志分別置于灌滿水 的兩聲測(cè)管中的測(cè)點(diǎn)處。 2.發(fā)射與接收換能器應(yīng)以相同標(biāo)高或保持固定高差同步升 降，測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)該不大于250mm。 3.實(shí)時(shí)顯示和記錄接收信號(hào)的時(shí)程曲線，讀取聲時(shí)首波峰值 和周期。最后能同時(shí)顯示頻率曲線及主頻值。,4.將所預(yù)埋聲測(cè)管兩根為一個(gè)檢測(cè)剖面進(jìn)行全組合，若預(yù) 埋兩根聲測(cè)管，則只有一個(gè)檢測(cè)剖面，若預(yù)埋3根聲測(cè)管則有3 個(gè)檢測(cè)剖面，若預(yù)埋4根聲測(cè)管則有6個(gè)檢測(cè)剖面，分別對(duì)所有 檢測(cè)剖面完成檢測(cè)。 圖7.1a 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試剖面示意圖 圖7.1b測(cè)試截面發(fā)射

26、與接收示意圖,5.在樁身質(zhì)量可凝測(cè)定周圍可采用加密測(cè)定，斜測(cè)、扇形掃測(cè)或CT方法進(jìn)行復(fù)測(cè)，進(jìn)一步確定樁身缺陷的位置和范圍。 圖7.2 平測(cè)(a)、斜測(cè)(b)和扇形掃測(cè)(c)示意圖 6.在同一檢測(cè)剖面的檢測(cè)過(guò)程中，聲波發(fā)射電壓和儀器設(shè)置參數(shù)應(yīng)為恒定。,第二節(jié) 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析與判定 一、聲時(shí)、聲速、波幅和主頻的計(jì)算 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算各測(cè)點(diǎn)聲時(shí)tc，聲速v，波幅Ap及主頻f，并繪制聲速-曲線，主頻-深度曲線，波幅-深度曲線。 1.聲時(shí)、聲速、波幅、主頻的計(jì)算 式中，tci-第i測(cè)點(diǎn)聲時(shí)（s） ti-第i測(cè)點(diǎn)聲時(shí)測(cè)量值（s） t0-儀器系統(tǒng)延遲時(shí)間（s） t-幾何因素聲時(shí)修正值（s） L-每個(gè)檢測(cè)剖

27、面相應(yīng)聲測(cè)管的外壁內(nèi)凈距離（ms） Vi-第i測(cè)點(diǎn)聲速（km/s） APi-第i測(cè)點(diǎn)波幅值（dB）,ai-第i測(cè)點(diǎn)信號(hào)首波峰值（V） ao-零分量信號(hào)幅值（V） fi-第i測(cè)點(diǎn)信號(hào)主頻值（KHz） Ti-第i測(cè)點(diǎn)首波周期（s） 2.聲速-深度、主頻-深度和波幅-深度曲線的制 二、聲速，主頻和波幅臨界值的計(jì)算方法 1.聲速，主頻臨界值的計(jì)算 （1）將同一檢測(cè)剖面n個(gè)測(cè) 點(diǎn)的聲速（或主頻）值由大到小 依次排序即： x1x2x3xn-kxn-1xn 式中xi-第i個(gè)數(shù)據(jù)的聲速（或主頻）測(cè)量值,n-檢測(cè)剖面測(cè)點(diǎn)總數(shù) k-去掉小數(shù)值數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) （2）去掉xi中最小數(shù)據(jù)，讓其余數(shù)據(jù)參加統(tǒng)計(jì)計(jì)算 式中x0-異

28、常判斷值 x-(n-k)個(gè)數(shù)據(jù)的平均值 sx-(n-k)個(gè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差 -由表3.2.1查得的與（n-k）相對(duì)應(yīng)的系數(shù) （3）參加統(tǒng)計(jì)的數(shù)組的最小數(shù)據(jù)xn-k與異常，判斷值x0進(jìn)行比較，當(dāng)xn-kx0時(shí)，則去掉最小數(shù)據(jù)xn-k以下各數(shù)據(jù)，重復(fù)上述統(tǒng)計(jì)，直到：xn-k x0成立，則x0為異常判斷臨界值 4）聲速（主頻）的異常值判定 當(dāng)xI x0時(shí)，則聲速（主頻）判為超臨界值異常 表3.2.1統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)個(gè)數(shù)（n-k）與對(duì)應(yīng)的值,2.波幅臨界值的計(jì)算 （1）波幅平均值的計(jì)算 （2）波幅超臨界值異常的判定 ApiA-6 式中A-波幅平均值（db） n-檢測(cè)剖面測(cè)點(diǎn)數(shù) 三、聲測(cè)管平行度差時(shí)的分析方法 若所檢測(cè)的檢測(cè)面聲測(cè)管平行度差，不能應(yīng)用上述分析方法時(shí)，可結(jié)合PSD方法進(jìn)行綜合分析。 1，定義：PSD=Kt