超声相控阵在模型试验中裂隙识别的应用研究

发布时间：2020-07-03 04:23

【摘要】：岩体在漫长的地质历史过程中经受各种地质构造作用,在地应力场的作用下形成了大量的节理、裂隙,给建设在岩体中的地下工程稳定性带来了极大的安全隐患,因此对岩体中裂隙及其破裂演化过程的探测识别一直以来都是岩石力学领域研究的热点与难点问题之一。本文结合国家自然科学基金项目(51404255),采用超声相控阵探测技术,运用物理模型试验对典型裂隙进行探测识别和定位,并结合加载破坏过程中的力学特性和破裂演化规律,研究了提高识别模型试验过程中内部裂隙精度和效率的方法,主要研究成果与结论如下:(1)通过基于超声相控阵技术的商业无损探测仪(A1040 MIRA)的基本原理分析,并利用预制裂隙模型测试成像对比研究,获得了该设备应用于模型试验中识别微小裂隙(缺陷)的参数设定影响因素及不同形态裂隙的成像特征,确定了模型试验中采用A1040 MIRA探测成像时的参数设定范围及建议。(2)波速的设定对成像结果有着重大影响,当设定的波速与实际波速值偏差在10%之内时对探测成像结果影响较小,当波速设定值与实际波速值的偏差超过20%时,将对探测成像结果产生严重的影响,裂隙位置与实际值相差过大甚至无法检测出裂隙的存在。(3)适当地增加工作频率(25~45kHz),波束的指向性增强,可以有效地提高其对裂隙的识别能力和精度,当工作频率增加到60kHz时,成像图中开始出现小尺寸异常,且随着频率的增加而增多,同时其对裂隙缺陷的识别能力却在逐渐减弱。(4)通过对不同形态裂隙的探测识别,研究了提高不同倾角、分岔裂隙和多组平行裂隙识别精度和效率的方法,得出不同裂隙形态下其探测成像图的特征和区别,建立探测成像图与裂隙实际之间的对应关系。(5)应用超声相控阵成像技术对不同初始形态裂隙试样变形破坏过程进行了探测与成像分析,探测成像图中裂隙的长度、位置和形态均与裂隙实际情况一致,能较好的对试样变形破坏过程中的裂隙演化进行探测识别,为实现模型试验过程中识别和分析模型内部裂隙的产生和演化过程奠定了良好的基础。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU45
【图文】：

技术路线图

图 2-1 不同结构的 DPC 换能器Figure 2-1 Different DPC transducers in various configurations系统由换能器阵列和一个控制单元组成，换能器阵列由 12 个模块 4 个横波换能器，一共 48 个换能器组成的阵列发射超声横波波束进信号发射和接收装置，可发射周期脉冲，当超声波信号发出后，接单元进行处理，然后转移到专门的软件进行分析处理。图 2-2 阵列式传感器系统Figure 2-2Array sensor system回波技术（Scanning Impact-Echo Technique）

【参考文献】

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本文编号：2739181