小波分析在地基超声检测中的应用

研究了弹性波在不同参数介质中传播的基本理论,建立了基本动力学方程式,并根据其边界条件和连续性条件求得波的反射系数方程,对被检测地基进行了超声波测试试验,并运用小波方法分析接收到的超声波的频谱结构,从而判断地基的内部参数。     

节理岩体物理模拟与超声波试验研究

以三维各向异性介质弹性波方程为理论基础，给出具有不同节理面岩体的数学物理模型，将具有典型节理构造的岩体分别简化为横向各向同性和单斜各向异性介质，并得出各向异性介质中的弹性波在遇节理面发生反射、透射后沿不同传播方向的传播速度。根据上述数学物理模型制备节理岩体物理模型，相对于节理面以不同的入射角度进行超声波波速测试，试验证明，超声波波速对于物理模型中节理面的影响十分敏感，节理面的存在使弹性波传播速度重新分布，在合理布置测点的情况下，对节理面的存在及方向识别较为准确。在实际工程中，通过合理布置测点的超声波测试，可以对工程岩体中节理裂隙发育的优势方向进行判断，有效地反映岩体结构面的各向异性，为实际工程提供数据资料。     

平面P波在含结构面黏弹性岩体中的传播

应力波在节理、软弱夹层等不连续结构面中的传播是岩石动力学的一个重要研究方向。岩石介质对应力波的传播有一定的衰减和时间延迟,往往表现为黏弹性。本文假定岩体为Kelvin体,通过引入应力波的品质因子Q_p和Q_s,建立平面应力波在黏弹性体中的传播方程。对平面P波与线弹性结构面的作用关系进行分析,并基于频域范围内P波经过结构面后的透反射系数的解,分析平面应力波在含一线弹性结构面的黏弹性岩体中的传播规律,求得到达监测面上任意一点处的透射P、S波的速度表达式。运用波的叠加原理,建立平面P波经过黏弹性结构面岩体后的法向和切向透射系数。参数研究表明,应力波在黏弹性体中传播时会产生明显的衰减和时间延迟,结构面特性及入射波频率等对透射系数均有一定影响。     

超声波探伤检测研究

超声波检测是指用超声波来检测材料和工件,并以超声波检测仪作为显示方式的一种无损检测方法。选用超声波作为检测的原因是因为超声波声束能集中在特定的方向上,在介质中沿直线传播,具有良好的指向性。其次,超声波在介质中传播过程中,会发生衰减和散射,且在异种介质的界面上将产生反射、折射和波型转换。利用这些特性,可以获得从缺陷界面反射回来的反射波,从而达到探测缺陷的目的。本文主要介绍超声波探伤技术原理、方法及其性能,并介绍超声波探伤仪的发展。     

饱和多孔介质中热弹性波传播特性研究

在饱和多孔介质热流固耦合动力响应模型基础上,建立了饱和多孔介质热流固耦合热弹性波动理论,研究了热物性参数对波的传播特性的影响。通过引入势函数,推导了饱和多孔介质体中热弹性波的弥散方程,重点分析了热膨胀系数对p_{1、p2、T和S波的波速的影响,结果表明:热膨胀系数对p1和p2的影响较大,热流固耦合效应不可忽视。与饱和多孔介质中弹性波的传播特性对比分析验证了本文结果的正确性。}     

散体介质中弹性波的传播规律

非理想散体介质是现非均质性，各向异性和层状分布等特点，且有气，，固三相，其波的传播比较复杂，当应当值ε＜10^-4时，可认为散体介质为弹性介质，其发生的变殂为弹性变形，分析给了各向同性散体介质中弹性波的波动议程，传播速度和波动能量的表达式，和横观各向同性介质中的弹性波的波动方程和能量透过系数表达式，并试验验证了能量衰减与分层介质密度有关。     

弹性介质中平面SH波通过弹性夹层时的传播特性

运用波的传播理论及Snell定律研究了平面SH波通过弹性层状介质时的传播特性，求得波动方程的解析解，在此基础上，利用数值计算绘出了反射，透射系数与介质参数及入射角的关系曲线。结果表明，透射系数不仅与介质参数有关，介质与夹层厚度和入射角有关，严格控制夹层厚度和入射角可获得满意的隔振效果，为屏障隔振理论在工程中的应用提供了理论基础。     

二维弹性介质中瑞利波高阶有限差分模拟分析

为探讨瑞利波在复杂介质中的形成机理和传播规律,正确认识瑞利波实测结果,提高反演结果的精度,从弹性波方程出发,采用4×10阶高阶交错网格有限差分方法对弹性半空间介质进行全波场模拟。通过对均匀半空间介质、正常地层顺序地基模型和含有低速夹层地基模型的正演模拟,获得了它们各自的地震记录和瞬时快照。由模拟结果可知：以往常规的低阶...     

功能梯度材料板中弹性波的传输系数研究

研究了置于流体中无限大各向同性功能梯度材料板相对于入射弹性波的传输系数.首先给出弹性波在多层介质中传播的循环刚度矩阵计算方法,然后利用该方法计算了弹性模量以幂函数形式变化、泊松比不变的功能梯度材料板相对于入射弹性波传输系数,分析了材料性能的梯度变化对传输系数与频厚积关系的影响.结果表明当频厚积较大时,材料性能的梯度变化...     

堤坝防渗墙完整性快速检测方法及数值仿真

堤坝防渗墙的质量安全关乎国计民生,寻求有效方法快速检测防渗墙缺陷十分重要。弹性波映像法是基于弹性波反射原理的无损检测方法,具备检测效率高、结果直观等特点。针对堤坝防渗墙的常见缺陷类型,以弹性波在堤坝模型中的传播特性为理论基础,采用数值模拟方法分别分析了弹性波在防渗墙竖向通缝缺陷、防渗墙深度不足、空洞缺陷处的传播特性,根据计算结果建立响应能量与防渗墙缺陷之间的关系,为堤坝防渗墙缺陷的检测提供了一种快速的评价方法。     

岩石三阶弹性模量的高精度测定研究

 基于岩石的声弹理论,通过脉冲回波方法测量双轴加载条件下沿薄板岩样厚度方向传播的超声纵、横波波速变化,来测定岩石的三阶弹性模量。试验结果表明：将横波和纵波传感器放置于岩样中心部位的相对表面上,测量同一地点的纵、横波波速,不仅减弱了双向加载端部效应,而且克服了岩石的非均质性对测量结果的影响。此外,通过脉冲回波方法测量多次回波信号的时间差,来克服耦合剂和测量电路对走时差的影响。该方法可以实现岩石三阶弹性模量的高精度测定,从而为地应力测量声弹法的实现提供技术保障。     

单轴荷载下砂岩波速特征与损伤演化规律研究

超声波波速变化是判定岩体裂纹扩展、损伤演化的重要手段。联合单轴压缩与超声波波速测试试验,探索了加载过程中砂岩试样的波速变化特征,并据此对砂岩的破裂发展及损伤程度开展了评价。结果表明,在压密和弹性阶段内,砂岩的波速和动弹性模量都呈增大趋势,表明砂岩结构随加载变得更加致密;而随加载进行由弹性阶段逐渐进入塑性阶段,波速和动弹性模量均开始下降;横波、纵波波速的转折点基本对应压密—弹性、弹性—塑形的转折点,而波速比的变化较符合岩心内部裂隙发展特征;对比发现,横波波速变化比纵波波速敏感性更大;在整个加载过程中,岩石的动弹性模量与应力应变曲线都呈现良好对应关系,表现为弹性阶段后期动弹性模量开始下降,而进入塑性阶段后,动弹性模量下降速率渐趋于最大值。该研究可为砂岩内部损伤演化规律及灾变预报预警等有益参考。     

PS测井在地基勘察中的应用

PS测井技术是地震勘探方法之一,也是一种简便、快速、准确的原位测试技术,它通过获取地震波经过不同深度的岩土层的直达波旅行时便可求得纵、横波波速,进而通过弹性波理论基础计算出泊松比、剪切模量及弹性模量、体积模量及岩体完整性系数等岩土层动弹性力学参数。这些参数可以划分风化层位的界面,也可对围岩等级做出评定,为工程设计提供依据。本文简述了PS测井技术的工作原理、野外实测技术以及数据处理和资料解释全过程,并且结合某一场地的工程实例说明了PS测井技术在岩土工程勘察设计中的应用情况及应用效果。     

爆炸地震波作用下深埋圆形隧道的动力响应分析

 深地下结构在爆炸地震波作用下的动力响应是防护工程设计和评估的重要问题,发展适应深部特点的快速计算方法具有重要意义。采用集中质量方法将圆形隧道离散为有限自由度体系,并将爆炸地震波的作用看作一系列作用在集中质量上的动力,利用局部变形理论将围岩的弹性抗力简化为弹性链杆,采用矩阵力法考虑结构在各种内力作用下产生的自身变形和弹性半空间的变形,并据此建立结构动力方程矩阵。通过对结构动力方程的求解,可以得到结构的动力集中系数和结构内力、弯矩、位移等参数。采用所提出的方法计算一个算例,分析围岩等级、荷载作用位置、正压作用时间以及入射波角度等因素对隧道衬砌结构动力响应的影响。     

太原晋阳西山大佛岩石动静力学参数的对比研究

 运用声波测试方法，结合物理力学试验，研究太原晋阳西山大佛陡崖岩体2个水平钻孔中岩石的质量和风化情况。分析时特别关注岩样的块体密度、动力学和静力学参数在大佛水平进深方向上的分布规律，也研究动静力学参数间的量值关系。研究发现，大佛边坡岩样的组构、动力学和静力学3个方面的参数随钻孔水平进深的变化规律一致，可以反映大佛陡崖岩体在水平进深方向的风化程度变化，在水平进深方向上，岩体的密度、饱和抗压强度与静弹性模量、动弹性模量与波速都随着深度的增加而呈增长趋势；自陡崖表面至水平进深2.5 m左右范围内，岩体风化程度较高，水平进深大于3.0 m，岩体风化程度相对减弱，岩石质量呈稳定上升趋势。2个钻孔的岩石质量存在明显的差异，反映岩性和岩体卸荷带的影响。岩石动弹性模量与弹性波速随水平进深的变化数据表明，动弹性模量对岩体质量的变化反应比弹性波速更灵敏。另外，通过岩石静弹性模量与弹性波速的对比分析发现，岩石的组构情况对岩石动静力学参数间的关系有显著影响，岩石组构的非均匀性会导致岩石动、静力学参数之间对应关系的离散和异常。     

岩体中弹性波传播尺度效应的初步分析

含缺陷岩体具有尺度效应,此类岩体中传播的弹性波也有尺度效应。对现场测点 EC37-201-06 ,在 3.0 ´ 3.2 m² 的范围内采用动态有限元方法进行了 15 种尺度的弹性波传播规律的分析研究。对现场测点 EC37-101-06 ,在 1.2 ´ 1.2 m² 的范围内采用准静态有限元方法进行了 60 种尺度的弹性波波速与围压及计算尺度的关系的计算分析。前者采用了射线理论分析思想,而后者采用等效介质分析思想,得到了相应的弹性波的尺度效应,但二者规律有差异。为建立二者间的联系,也为了工程应用,基于量纲理论分析方法,给出了一个半理论的波速与入射波频率的计算公式。与现场声波和地震波测试结果,以及考虑随机分布单节理散射模型的计算结果进行比较,初步分析结果表明,此公式基本可行。     

冻土超声波波速与冻土物理力学性质试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质．运用UVM-2型声速测定仪，测定不同密度的冻结砂土、冻结黄土和冻结粘土在不同温度下的超声波波速(纵波波速和横波波速)。对比分析不同土质的冻土，在温度和密度变化时超声波波速的变化，得出以下结论：土质颗粒的大小及组成成分在土冻结且在温度继续下降的过程中，通过影响结合水含量的变化而影响未冻水含量的变化．从而进一步影响冻土中的超声波传播速度．所以，可以在超声波波速与温度变化和未冻水含量与温度变化的基础上，建立超声波波速与未冻水含量的关系，通过测定超声波波速来量测冻土未冻水含量．密度的变化也影响着冻土纵、横波波速的变化，且冻结黄土的波速受密度变化影响较大，而冻结粘土则较小。冻土土质类型不同．透过它们的纵波波速和横波波速的变化范围也不同，可以通过对比表示压缩和剪切相对幅值的纵横波速比比值，来判定此冻土的土质类型，一般冻结粘土为1．07，冻结黄土为2．15，冻结砂土为0．7。根据弹性理论，泊松比与波速比有关，所以可以直接测量冻土的波速比研究冻土的强度及变形性能．     

基于声弹理论的地应力超声测量方法

首先描述岩石的声弹理论,给出岩石的应力与弹性波波速之间的理论关系;其次利用岩石应力与弹性波波速之间的理论关系提出地应力超声测量方法,即通过测量套孔应力解除前后的孔壁超声波波速的变化,利用声弹理论反演出地应力。通过数值算例讨论地应力对孔壁超声波速的影响,其结果表明,该方法可以有效地确定地应力的大小和方向。