[發明專利]一種復雜巖土工程介質的全波場檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201410199528.6
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN104007176B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 車愛蘭;馮少孔;張澤忠
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/07;G01N29/12
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中,樊昕

技術領域

本發明涉及的是一種巖土工程檢測，特別是復雜巖土工程介質(含空洞、裂縫、地下水、漿液等)的空間分布檢測，屬于巖土工程領域，具體是一種復雜巖土工程介質的全波場檢測系統及方法。

背景技術

隨著無損檢測方法在巖土工程中的使用，巖土工程結構缺陷診斷得到了很大的發展。目前的巖土工程結構無損檢測方法主要有回彈法、雷達法、沖擊回波法及超聲波法等。回彈法是最常用的一種無損檢測方法，但回彈法只能測得結構表面的質量狀況，其內部質量信息卻無法得知；雷達法對結構內部缺陷可以準確定位，但受鋼筋低阻屏蔽的影響較大，尤其是鋼筋密度較大時難以得到鋼筋背后的反射影像，而且雷達無法提供強度方面的信息；沖擊回波法可測得結構內部缺陷及構件的厚度，但其縱向分辨率較低，檢測精度受結構內部的鋼筋和含水量影響較大；超聲波對穿測試，雖然可以得到材料整體的縱波速度參數，但無法應用于地下巖土工程的檢測。面波是沿介質表層傳播的一種彈性波，其傳播速度與材料干密度、抗壓強度等具有良好的相關性。因此，用它來檢測巖土工程材料的力學性能及存在的缺陷具有重要意義，在巖土工程結構無損檢測的應用方面已得到了極大的重視。

全波場無損檢測技術綜合目前巖土工程結構無損檢測方法優劣的基礎上，研究數字化的全波場巖土工程結構無損檢測方法，重點解決了復雜介質中的全波場傳播特性及參數反演方法，建立全波場巖土工程結構無損檢測系統。在此基礎上運用GIS空間信息分析平臺和Geo-Database空間數據庫技術，探索一種基于空間分析技術的綜合快速評價的方法。使我國巖土工程結構安全性評價更加科學、快速、經濟、規范，提高我國巖土工程結構安全性評價水平；形成一套高精度、有效的、能輻射到公路路基、鐵路軌道結構、隧道、水庫大壩、大型護坡、原子能設施等大型巖土工程結構無損檢測方法。本技術對建立巖土工程結構安全性評價標準，確保交通安全、有效降低風險、提高應對突發事件的能力、促進我國巖土工程安全管理水平均具有十分重要的意義。

發明內容

本發明針對上述現有技術中的不足，提供一種復雜巖土工程介質的全波場檢測系統及方法，用于檢測復雜巖土工程中注漿狀態、裂隙分布、空洞分布等，該系統及方法根據沖擊波在復雜巖土工程介質中傳播特性的差異，通過對檢測到的沖擊波波形能量、卓越頻譜特征、小波持時特征等分析，查明復雜介質的空間分布(注漿效果、裂隙分布、空洞分布)，簡單可靠。

為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種復雜巖土工程介質的全波場檢測系統，包括：

至少一個位于測線上的檢波器，用于檢測敲擊介質表面時沖擊點產生的沖擊彈性波信號；

測量儀器，用于記錄由檢波器接收到的沖擊彈性波信號，形成檢測數據；

數據處理模塊，對測量儀器得到的檢測數據按檢波器坐標的大小依次排列，得到一條原始的共偏移距映像剖面，對檢測數據的波形進行平均振幅分布、頻譜進行卓越頻譜的振幅分布、時頻數據、速度路徑處理，把處理結果按實際位置做成平面分布圖。

所述系統進一步包含用于敲擊介質表面產生沖擊彈性波信號的激發設備。

所述檢波器采用速度型檢波器，固有頻率：4.0～100Hz，檢測時保持檢波器和地面的充分耦合。

所述檢波器采用三分量速度型檢波器。

檢波器與地面連接的鋁合金裝置，面積10×10cm，由三個螺釘與地面連接。

所述測量儀器是數字地震儀。

一種復雜巖土工程介質的全波場檢測方法，采用上述的系統來完成，該方法通過在巖土工程介質表面激發沖擊波(P波)，然后記錄其一定范圍內設置的適當固有頻率的三分量檢波器采集的彈性波。通過分析采集到的彈性波波形能量、卓越頻譜特征、小波持時特征、速度路徑等變化評價復雜巖土工程介質的空間分布狀態。

具體包括步驟如下：

第一，在測線上設置一組檢波器，然后在檢波器設定距離的地方敲擊介質表面，同時用測量儀器記錄由檢波器接收到的沖擊彈性波信號，完成了一組的數據采集；

第二，將檢波器和沖擊點都向前移動，再按同樣的方法采集下一組數據；

重復以上第一、第二步過程直至整條測線的數據被采集完為止；

第三，將記錄的彈性波信號按檢波器坐標的大小依次排列，得到一條原始的共偏移距映像剖面，對檢測數據的波形進行平均振幅分布、頻譜進行卓越頻譜的振幅分布、時頻數據進行持時分布、速度路徑進行面積分布或者斜率計算的處理，把處理結果按實際位置做成平面分布圖。