瑞利波法在隧道襯砌裂縫深度檢測中的應(yīng)用

1、瑞利波法在隧道襯砌裂縫深度檢測中的應(yīng)用一、引言目前，絕大多數(shù)的隧道都是由鋼筋混凝土澆筑而成，混凝土在澆筑完成到正常使用 過程中，在其內(nèi)部或表層會(huì)形成裂縫，而混凝土裂縫形成的原因非常復(fù)雜，往往是多種 不利因素綜合作用的結(jié)果。隧道裂縫種類一般包括：干裂裂縫、溫度裂縫、荷載變形裂 縫、施工縫等。在隧道裂縫產(chǎn)生以后，隧道中的水會(huì)進(jìn)入到裂縫內(nèi)部，直接與裂縫中的 鋼筋接觸，會(huì)加快襯砌內(nèi)部鋼筋的銹蝕速度。一般情況下，混凝土中裂縫產(chǎn)生以后，有 利于結(jié)構(gòu)應(yīng)力平衡。因此，在裂縫深度小于鋼筋保護(hù)層厚度的情況下，不需要對(duì)裂縫進(jìn) 行處理。因此，準(zhǔn)確測試隧道裂縫深度對(duì)后期處理顯得尤為重要。然而隧道是一種抗壓結(jié)構(gòu)， 襯砌鋼

2、筋比較密集，同時(shí)裂縫中充滿水分。因此采用傳統(tǒng)的超聲法不能滿足測試的需要。 而基于彈性波基礎(chǔ)上的表面波法因其頻率低、受鋼筋水分影響小、受填充物影響小的特 點(diǎn)，非常適合隧道襯砌裂縫深度的測試。二、瑞利波法測試基本原理瑞利波由P波和SV波（粒子運(yùn)動(dòng)方向與結(jié)構(gòu)表面垂直的S波）合成。大部分 能量集中在約1倍波長深度范圍內(nèi)，是代表性的表面波。由于它的衰減比其他的體波 少，在結(jié)構(gòu)物表面激振和傳播的信號(hào)主要是R瑞利波。瑞利波在傳播過程中所發(fā)生的幾何衰減和材料衰減，可以通過測試系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)正。 但是，瑞利波在遇到裂縫時(shí)，其傳播在某種程度上被遮斷，在通過裂縫后，波的能量和 振幅會(huì)減少。因此，可以根據(jù)裂縫前后波的振幅

3、的變化（振幅比），便可以推算其深度。為了準(zhǔn)確的測試瑞利波的振幅變化，四川升拓研發(fā)的混凝土多功能測試儀中引入專 利技術(shù)“雙方向激振技術(shù)”：專利號(hào)：ZL200510021851.5），從而大大提高了 “瑞利波 法”的測試精度和實(shí)用性。圖-1雙方向激振技術(shù)三、測試結(jié)果驗(yàn)證我們對(duì)實(shí)際的土木結(jié)構(gòu)物中（包括平面壁體和曲面壁體、鋼筋混凝土和素混凝土） 的裂縫作為對(duì)象，采用鉆孔取樣（共46個(gè)樣本）對(duì)本技術(shù)的進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證試 驗(yàn)的結(jié)果如圖-2所示，看出本技術(shù)的測試精度是達(dá)到了工程的應(yīng)用效果（測試標(biāo)準(zhǔn)偏差 為10%左右）。此技術(shù)對(duì)曲面壁體中裂縫深度的測量精度有一定的降低。圖-2測試精度的驗(yàn)證四、與超聲波法的

4、對(duì)比表-1本技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別現(xiàn)有一般方法本技術(shù)（瑞利波法）采用的信號(hào)超聲波沖擊彈性波信號(hào)成分縱波（P波）瑞利波（R波）采用的物理量傳播時(shí)間/相位等能量（振幅）衰減與超聲波法相比，有以下特征：1）測試深度深：采用瞬態(tài)激振的方式，最深可以測試2m的裂縫，而超聲波的測試深 度則比較小，往往不能達(dá)到襯砌的厚度范圍的裂縫。2）受裂縫充填物影響?。河捎谌鹄▽?duì)裂縫的剪切剛性的依賴性，而裂縫面的填充物 （水，粉塵，脫離石灰等）幾乎沒有剪切剛性，因此，本方法受裂縫充填物影響小， 而利用超聲波測試時(shí)，需要清理裂縫中的雜質(zhì)。3）受裂縫鋼筋影響小并可修正：由于本方法基于傳播能量的變化，裂縫中的鋼筋，由 于其面積比小，所以對(duì)能量傳播的影響不大。同時(shí)，可根據(jù)鋼筋比加以修正以進(jìn)一 步提高測試精度，而對(duì)超聲法影響很大。五、主要影響因素1）適合于具有較大體積的結(jié)構(gòu)物。如隧道襯砌、大壩壩體等半無限體結(jié)構(gòu)；2）對(duì)象構(gòu)造物的應(yīng)力條件：該方法測試有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)裂縫深度時(shí)，因其剪切剛性會(huì)有 較大的恢復(fù)。一部分瑞利波能夠通過裂縫面，從而使得測試的裂縫深度有所降低。 經(jīng)過室內(nèi)混凝土試驗(yàn)塊的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，