基于弹性波法的输水隧洞衬砌质量检测方法研究
发布时间：2021-06-14 04:13
输水隧洞是我国隧道工程的重要组成部分,对实现跨流域调水以缓解水资源短缺问题发挥着举足轻重的作用。在输水隧道中,混凝土衬砌是防水的关键结构,而混凝土衬砌内部缺陷及背后空洞是导致隧道结构问题的一个主要原因,因此进行衬砌检测尤为关键。本文在前人研究基础上,提出基于弹性波法的多方法综合解释技术,设计了一套以弹性波法为基础的输水隧洞质量检测系统,以期实现快速普查与精确解释,精准探测衬砌施工过程中的质量问题以及衬砌后脱空区的位置。该系统包括弹性波数据采集系统和综合解释软件,数据处理方法采用共偏移距时间域分析法、频率域分析法及二维瑞雷波法,系统具有“一次数据采集、多种方法联合解释的特点”。为了检验该方法的准确性,对不同结构类型的混凝土衬砌物理模型进行了检测实验,所得数据分析结果与物理模型预定的异常位置具有一致性,验证了方法的可靠性及系统的稳定性。同时将该系统成功应用于中部供水吉林某段输水隧道检测,取得了较好的探测效果。本文主要研究内容如下:（1）基于弹性波法衬砌检测系统研制。为了达到数据采集方便快捷,数据结果精准度高的目的,本文设计了弹性波信号接收系统、震源自动激发系统和数据处理解释系统。在弹性波信...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
共偏移距弹性波波形图
第2章衬砌检测的弹性波方法原理12()——()的傅里叶变换，又称为()的频谱密度函数；|()|——()的模，代表()的振幅频谱，又称频谱；()——arg()，()的相位频谱；——不同频率正弦波信号的圆周率，=2。根据上述两式，非周期函数()可以表示成()=∫()+∞∞（6）上式称为()的傅里叶逆变换[35]。对内部存在空洞缺陷的混凝土衬砌模型采集得到的弹性波数据（图2.1）作进一步处理，经过FFT变换后，就可以获得上述数据每一道的频谱图，如图2.2所示。图2.2实测数据频谱图由图2.3可见正常区域的主峰频率如图2.2蓝色虚线所示，约在550Hz左右，而其中第3-5道的主峰频率明显偏低，如图2.2蓝色线框所示，约在370Hz左右。而此处恰与模型内部的缺陷位置相对应，为预设的直径18cm的空心球型缺陷。基于上述规律，将其余各道频谱特征曲线的主峰频率自动拾取出来，绘制成峰值频率曲线，并将正常范围的频率用红线标出，低于主频的位置为缺陷所在，如图2.3黄色圈所示，这与时间域分析法中缺陷的位置一致，两种方法互相验证可有效提高异常水平位置的准确定位。
第2章衬砌检测的弹性波方法原理13图2.3实测数据主频曲线2.2二维瑞雷波速度分析法共偏移距弹性波法可以对混凝土衬砌缺陷进行水平位置的定位，但无法进行缺陷深度的计算。为了有效计算缺陷的深度，本文引入多点SASW瑞雷波二维速度谱法进行混凝土缺陷探测。该方法利用两道记录即可以计算瑞雷波的频散曲线，因此对异常的水平定位相对多道瑞雷波法更准确。2.2.1瑞雷波法原理SASW瑞雷波检测法是根据弹性波传播原理，由冲击锤敲击混凝土衬砌表面获得弹性波，然后做FFT变换，通过互相关函数对瑞雷波从频率域进行分析，借助相位差循环来计算相位差角，从而绘制瑞雷波频散曲线[32]。相关计算公式如下：设1()和2()分别是由两道检波器所获得的瑞雷波信号，由于该信号是由相同震源在同一时刻激发而获得的，所以可以将2()认为是1()经过了Δt(Δ=/)延迟之后的重复信号。即经过一段时间Δt的延时后，相同时刻下，1()和2()的波形特征是不相似的，但是将2()也进行一个Δt的时间延时后，两道信号1()和2()就会出现较高的相似性。因此，将2()函数延时τ后，即得到两道瑞雷波信号的互相关函数:21()=∫2(+)1()+∞∞（7）接着对两道信号进行傅里叶变换，通过计算上面的互相关函数可进一步得到两道信号的互功率谱21()：21()=∫21()=∫(∫2(+)1()+∞∞)+∞∞+∞∞
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超声波检测技术和声波散射衰减方法的混凝土内部缺陷研究[J]. 陆益军,方俊,王晓妮. 工程技术研究. 2020(02)
[2]隧道二次衬砌厚度不足及脱空原因分析与整治措施[J]. 林朋飞,张智超,李振东. 工程建设与设计. 2019(22)
[3]地震映像法和探地雷达法在城市地质勘查中的应用[J]. 吴怡洁,王慧,詹少全,肖俊平. 工程地球物理学报. 2019(06)
[4]夹岩水利枢纽工程长石板隧洞施工开挖支护方案优化调整研究[J]. 张晓君. 中国水能及电气化. 2019(11)
[5]公路隧道二次衬砌脱空原因分析及防治措施[J]. 林小辉. 四川水泥. 2019(11)
[6]采样率对可控震源振动性能测试结果的影响分析[J]. 王光德,李顺来,白志国,马亮,宋晓伟. 物探装备. 2019(05)
[7]白石输水隧洞支护设计优化研究与应用[J]. 方东明. 中国水能及电气化. 2019(10)
[8]铁路隧道二衬顶部脱空受力分析及整治措施[J]. 李爱成,王海彦,李永珑. 铁道建筑技术. 2019(07)
[9]物探技术在隧洞衬砌质量检测中的应用[J]. 徐涛,曾永军,张建清,严俊. 水利技术监督. 2019(04)
[10]水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及控制措施分析[J]. 张已学. 门窗. 2019(11)
博士论文
[1]基于冲击弹性波的表面波法评价水工混凝土质量状况的理论与应用研究[D]. 李秀琳.中国水利水电科学研究院 2019
[2]数据融合技术在混凝土结构检测中的应用研究[D]. 王婷.同济大学 2006
[3]反射波法桩基动测技术研究[D]. 邢心魁.西安建筑科技大学 2005
硕士论文
[1]钻芯对钢筋混凝土轴压柱受力性能影响的有限元分析[D]. 李亚楠.太原理工大学 2019
[2]中部引黄工程引水隧洞围岩稳定及支护结构分析研究[D]. 谭智天.华北水利水电大学 2019
[3]公路隧道衬砌典型病害弹性波识别方法研究[D]. 周宇.重庆交通大学 2018
[4]公路隧道二衬拱顶背后脱空检测及处理新技术[D]. 张鹏.长安大学 2017
[5]输水隧洞检测和安全评价[D]. 刘志宽.大连理工大学 2017
[6]探地雷达目标识别方法及其在隧道衬砌检测中的应用研究[D]. 韦鸿耀.广西大学 2017
[7]基于锤击法的隧道衬砌背后空洞检测原理研究[D]. 牛超.北京交通大学 2017
[8]衬砌背后空洞对隧道围岩压力分布规律的影响研究[D]. 曲荣怀.北京交通大学 2014
[9]基于弹性波法的裂缝深度检测的试验研究[D]. 刘锋.汕头大学 2009
[10]地基及岩基承载力确定方法研究及其应用[D]. 单远铭.湖南大学 2001
本文编号：3229044
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
共偏移距弹性波波形图
第2章衬砌检测的弹性波方法原理12()——()的傅里叶变换，又称为()的频谱密度函数；|()|——()的模，代表()的振幅频谱，又称频谱；()——arg()，()的相位频谱；——不同频率正弦波信号的圆周率，=2。根据上述两式，非周期函数()可以表示成()=∫()+∞∞（6）上式称为()的傅里叶逆变换[35]。对内部存在空洞缺陷的混凝土衬砌模型采集得到的弹性波数据（图2.1）作进一步处理，经过FFT变换后，就可以获得上述数据每一道的频谱图，如图2.2所示。图2.2实测数据频谱图由图2.3可见正常区域的主峰频率如图2.2蓝色虚线所示，约在550Hz左右，而其中第3-5道的主峰频率明显偏低，如图2.2蓝色线框所示，约在370Hz左右。而此处恰与模型内部的缺陷位置相对应，为预设的直径18cm的空心球型缺陷。基于上述规律，将其余各道频谱特征曲线的主峰频率自动拾取出来，绘制成峰值频率曲线，并将正常范围的频率用红线标出，低于主频的位置为缺陷所在，如图2.3黄色圈所示，这与时间域分析法中缺陷的位置一致，两种方法互相验证可有效提高异常水平位置的准确定位。
第2章衬砌检测的弹性波方法原理13图2.3实测数据主频曲线2.2二维瑞雷波速度分析法共偏移距弹性波法可以对混凝土衬砌缺陷进行水平位置的定位，但无法进行缺陷深度的计算。为了有效计算缺陷的深度，本文引入多点SASW瑞雷波二维速度谱法进行混凝土缺陷探测。该方法利用两道记录即可以计算瑞雷波的频散曲线，因此对异常的水平定位相对多道瑞雷波法更准确。2.2.1瑞雷波法原理SASW瑞雷波检测法是根据弹性波传播原理，由冲击锤敲击混凝土衬砌表面获得弹性波，然后做FFT变换，通过互相关函数对瑞雷波从频率域进行分析，借助相位差循环来计算相位差角，从而绘制瑞雷波频散曲线[32]。相关计算公式如下：设1()和2()分别是由两道检波器所获得的瑞雷波信号，由于该信号是由相同震源在同一时刻激发而获得的，所以可以将2()认为是1()经过了Δt(Δ=/)延迟之后的重复信号。即经过一段时间Δt的延时后，相同时刻下，1()和2()的波形特征是不相似的，但是将2()也进行一个Δt的时间延时后，两道信号1()和2()就会出现较高的相似性。因此，将2()函数延时τ后，即得到两道瑞雷波信号的互相关函数:21()=∫2(+)1()+∞∞（7）接着对两道信号进行傅里叶变换，通过计算上面的互相关函数可进一步得到两道信号的互功率谱21()：21()=∫21()=∫(∫2(+)1()+∞∞)+∞∞+∞∞
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超声波检测技术和声波散射衰减方法的混凝土内部缺陷研究[J]. 陆益军,方俊,王晓妮. 工程技术研究. 2020(02)
[2]隧道二次衬砌厚度不足及脱空原因分析与整治措施[J]. 林朋飞,张智超,李振东. 工程建设与设计. 2019(22)
[3]地震映像法和探地雷达法在城市地质勘查中的应用[J]. 吴怡洁,王慧,詹少全,肖俊平. 工程地球物理学报. 2019(06)
[4]夹岩水利枢纽工程长石板隧洞施工开挖支护方案优化调整研究[J]. 张晓君. 中国水能及电气化. 2019(11)
[5]公路隧道二次衬砌脱空原因分析及防治措施[J]. 林小辉. 四川水泥. 2019(11)
[6]采样率对可控震源振动性能测试结果的影响分析[J]. 王光德,李顺来,白志国,马亮,宋晓伟. 物探装备. 2019(05)
[7]白石输水隧洞支护设计优化研究与应用[J]. 方东明. 中国水能及电气化. 2019(10)
[8]铁路隧道二衬顶部脱空受力分析及整治措施[J]. 李爱成,王海彦,李永珑. 铁道建筑技术. 2019(07)
[9]物探技术在隧洞衬砌质量检测中的应用[J]. 徐涛,曾永军,张建清,严俊. 水利技术监督. 2019(04)
[10]水工隧洞衬砌混凝土裂缝成因分析及控制措施分析[J]. 张已学. 门窗. 2019(11)
博士论文
[1]基于冲击弹性波的表面波法评价水工混凝土质量状况的理论与应用研究[D]. 李秀琳.中国水利水电科学研究院 2019
[2]数据融合技术在混凝土结构检测中的应用研究[D]. 王婷.同济大学 2006
[3]反射波法桩基动测技术研究[D]. 邢心魁.西安建筑科技大学 2005
硕士论文
[1]钻芯对钢筋混凝土轴压柱受力性能影响的有限元分析[D]. 李亚楠.太原理工大学 2019
[2]中部引黄工程引水隧洞围岩稳定及支护结构分析研究[D]. 谭智天.华北水利水电大学 2019
[3]公路隧道衬砌典型病害弹性波识别方法研究[D]. 周宇.重庆交通大学 2018
[4]公路隧道二衬拱顶背后脱空检测及处理新技术[D]. 张鹏.长安大学 2017
[5]输水隧洞检测和安全评价[D]. 刘志宽.大连理工大学 2017
[6]探地雷达目标识别方法及其在隧道衬砌检测中的应用研究[D]. 韦鸿耀.广西大学 2017
[7]基于锤击法的隧道衬砌背后空洞检测原理研究[D]. 牛超.北京交通大学 2017
[8]衬砌背后空洞对隧道围岩压力分布规律的影响研究[D]. 曲荣怀.北京交通大学 2014
[9]基于弹性波法的裂缝深度检测的试验研究[D]. 刘锋.汕头大学 2009
[10]地基及岩基承载力确定方法研究及其应用[D]. 单远铭.湖南大学 2001
本文编号：3229044
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