物探方法在古建筑無損檢測中的探討

摘 要：鑒于古建筑墻體的特殊性，對墻體無損檢測變得異常重要。總結國內外建筑物探傷研究成果，研究了超聲波和電磁法的探測機理。借鑒直流電法相關原理，提出采用直流電法進行建筑物探傷的可能性。

關鍵詞：古建筑；無損檢測；超聲波法；電磁波法；直流電法

引言

古建筑作為文化信息的重要載體，對于研究我國歷史文明和文化傳承有著極其重要的作用。在古建筑修復過程中，考慮到古建筑的特殊性，在對古建筑進行檢測時必須避免二次的人為破壞，無損檢測是目前采取的主流方法。目前主流的無損檢測方法主要有超聲波法、地質雷達法等。因此，文章將重點討論彈性波法以及電磁法在建筑物墻體檢測中的應用，同時也探討了直流電法在無損檢測方面應用的可能。

1 超聲波法探測機理

對墻體進行無損檢測中通常使用超聲波。在勘探過程中，使用超聲儀向待測的物體發射一束或者多束超聲波，當超聲波經過待測物體之后，通過接收器接收此類信息，該信息便攜帶了關于物體內部介質以及內部質量的相關信息（走時，波幅、頻率、相位等），經過后期的資料處理，解釋人員便能更為直接的了解到被測物體內部介質速度分布范圍，缺陷以及裂縫等的分布情況。

利用超聲波進行無損探傷的依據是：

（1）當聲波遇到尺寸較小的缺陷時，會產生繞射波，根據接收到的波場變化，可以大致判斷缺陷的位置以及規模。

（2）當聲波遇到缺陷斷面的時候，根據波反射的原理，可以知道波的幅度會發生變化，資料處理人員經過后期的資料處理能判斷缺陷的位置以及發育程度。

（3）后期的資料處理過程中，存在缺陷的墻面所采集的信號的主頻會發生明顯變化，處理人員通過與背景頻譜進行對比，能判斷墻面是否存在缺陷。

2 地質雷達無損探測原理

當介質的介電常數與背景值存在差異時，地質雷達便能發揮作用。通過地質雷達向地下發射寬頻帶、短脈沖的高頻電磁波，通過地下介質的反射，然后被接收天線進行接收。根據電磁理論可知，電磁波在地下傳播的過程中，如果遇到不同電性介質交界，就會產生不同程度的反射，反射系數根據電性差異而定。處理人員根據采集的電磁信號，對資料進行合理的處理，從而獲得各個測區的剖面圖。使用探地雷達有諸如高分辨率、高效率等優點。但同時探地雷達也有如下的局限性：

（1）采用高頻電磁波進行探測，在高導介質中傳播具有較大的衰減，限制雷達波的穿透能力。由于不同頻率的趨膚深度不同，在探測過程中，高頻成分衰減嚴重，低頻成分衰減較少，探測中會降低探測的分辨率。

（2）探地雷達采用電磁波進行探測，電磁波在地下受多個參數的影響，包括電阻率、導磁率以及介電常數等。其中，介電常數對電磁法勘探影響較大，這給后期的資料處理帶來了多解性，解釋人員不能有效判斷引起電磁場變化的具體原因。

（3）自然界中，水對電磁法探測具有很大的影響。此外，盡管采用高頻電磁波進行探測，具有較高的分辨率。但目前在實際的應用過程中還存在許多尺度的介質問題，以上的問題也限制了地質雷達的更深更廣泛的應用。

3 直流電法在古建筑無損檢測中的應用分析

理想中的裂縫分為垂直裂縫、平行裂縫以及斜裂縫，斜裂縫屬于垂直裂縫以及平行裂縫的中間狀態。因此本章主要討論對于平行裂縫以及垂直裂縫的探測，墻體中裂縫處于非填充以及半填充的狀態，因此可將裂縫視為高阻脈狀體，結合直流電法的各種分支方法，提出使用綜合直流電法對裂縫進行探測。文章主要談論中間梯度法以及聯合剖面法對裂縫的探測。各方法的理論原理如下：

作為直流電法的一種，中間梯度法裝置即在較大的距離上固定供電電極AB，使得AB中間產生近似的均勻電場，在均勻電場范圍中不斷移動測量電極MN，測得測量電極之間的電位差ΔUmn，并利用公式（1）和（2）計算得到視電阻率ρs值，從而了解該測區內地下電阻率的變化情況和變化范圍，了解測區范圍內電性異常體的分布情況。目前，采用中間梯度法在采空區的探測中取得了許多良好的效果。運用中間梯度法的這一特點，我們也能對直立的裂縫進行相應的探測。

聯合剖面法的也是以異常體與周圍巖石的電性差異為基礎，通過研究電場的分布規律，來達到勘探目的的一種方法。對于直立的低阻體以及傾角較小的高阻體反映明顯。基于聯合剖面法的這一特點，我們能對平行的裂縫進行相應的探測。目前聯合剖面法在探測直立的低阻礦脈中也已經取得了良好的探測效果。

4 結束語

與一般的墻體檢測不同，古建筑檢測有其獨特之處。首先古建筑中災害發育較多，且災害規模不同，因此使用單一的物探方法很難完全將各種災害完全檢測出來，必須運用多種物探手段進行綜合檢測，做到對各種災害體的識別。同時由于古建筑的建筑材料與現代建筑材料的不同，因此在對探測儀器進行參數設置時，不能完全根據常規的參數設置方法進行參數的選取，而是應該在充分了解當地具體的建筑材料的特性之后再進行探測。同時在探測時，應該設置一個標準段，并對標準段所采集的數據進行處理，目的是對以后所有采集處理后的數據形成的剖面圖有更加明確的認識。

參考文獻

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作者簡介：易輝（1992-），男，四川廣安人，成都理工大學地球物理學院碩士研究生，研究方向：工程與環境地球物理。

楊玲（1992-），女，四川南充人，成都理工大學管理科學學院碩士研究生，研究方向：資源管理與環境評價。