沖擊映像方法在水工結構滲漏病害檢測中的應用

朱仁杰，車愛蘭，惠翔宇，馮少孔

(上海交通大學 船舶海洋與建筑工程學院，上海 200240)

沖擊映像方法在水工結構滲漏病害檢測中的應用

朱仁杰，車愛蘭，惠翔宇，馮少孔

(上海交通大學 船舶海洋與建筑工程學院，上海 200240)

沖擊映像法作為一種基于彈性波反射原理的無損檢測方法，具有檢測速度快、結果直觀可視的特點，能夠快速的評價地下介質沿垂直和水平方向的變化。針對水工結構及其下部基礎的特點和常見病害，以彈性波在多層介質不同交界面的傳播特性為理論基礎，采用有限元動力法分析彈性波傳播特性與缺陷位置、缺陷大小的相關性，特別關注介質表面的沖擊響應能量與缺陷位置、大小的關系，明確介質中缺陷的平面分布情況，評價了該檢測方法的誤差影響因素。在此基礎上，以具體水工結構滲水病害檢測工程為背景，詳細探討了適用于水工結構檢測的數據采集、分析、結果修正和結果可視化處理的方法，最后評價了缺陷分布和可能存在的滲透路徑。

水利工程；多層介質；彈性波傳播特性；沖擊映像法；水工結構；滲水病害

0 引 言

水利工程是基礎產業工程，目前我國正在大規模、高速度地進行水利開發，截止2014年10月，我國已建成大小泵站70余萬座[1]。然而，由于設計、施工以及運營維護等諸多原因，這些水工結構大都帶病運行，嚴重影響結構的正常使用功能和使用安全，為了杜絕安全隱患，預防經濟損失，對這些水工結構及時檢測和維護十分重要。

水工結構常見病害主要包括混凝土結構病害和混凝土下部基礎結構病害。由于水工結構的水文地質條件以及運營環境等復雜多樣，水工混凝土會發生裂縫、凍脹、沖磨、空蝕等病害；基礎會發生管涌、沖蝕等病害，表現為地基土的脫空、疏松和軟弱[2]。針對這些常見病害，國內外目前主要的檢測方法有鉆孔取芯法、回彈法、探地雷達法、超聲波法等[3]。其中鉆孔取芯法是有損檢測方法，影響結構的正常使用功能；回彈法探測混凝土表面強度，無法探測其內部病害；探地雷達法受鋼筋網屏蔽影響大；超聲波法需要發射器及接收器對穿，難以應用于混凝土下部基礎病害檢測。可見，這些方法都在水工結構檢測方面存在一定的局限性[4]。

由于彈性波的傳播速度與介質的密度、強度等物理力學參數有密切的關系，近年來基于彈性波理論的檢測方法得到了重視，例如沖擊回波、沖擊映像法、高密度面波等[5]。其中沖擊映像法作為一種基于彈性波反射原理的無損檢測方法，具有檢測速度快、結果直觀可視的特點，能夠快速的評價地下介質沿垂直和水平方向的變化[4]。近年來該方法已應用于沉管隧道注漿檢測、高速鐵路線下結構病害檢測[6]、大型混凝土立墻裂縫檢測[7]等工程，這些工程多為離縫問題，為薄層效應問題。水工結構為多層軟夾層結構，夾層厚度達幾十厘米至幾米、下部基礎地質狀況復雜，為多層介質層間傳播特性問題。反射波在檢測體內很快就到達檢測點，震源所激發的直達波、反射波等各種波形成分混合在一起，無法憑波形觀察直接區分開來。目前仍然存在許多尚待解決的問題。比如其波形特征和結構缺陷位置、大小、類型之間的關系等。

筆者基于彈性波在層狀半無限空間彈性均勻介質中的傳播理論，采用有限元數值計算方法探究了沖擊響應能量和結構缺陷類型、大小、位置之間的相關性。同時，根據響應波形的振幅特性，提出了評價指標體系。在此基礎上，以廈門水務某排洪泵站檢測工程為工程背景，針對高位井結構下部缺陷的位置、深度、大小，開展了現場實測，對沖擊映像法的數據采集方法，檢測測點布置、設備及參數選取、數據的質量保證和預判措施等進行了詳細的研究。通過分析病害現象及成因等，探討了沖擊映像檢測方法的有效性。

1 沖擊映像法檢測原理及工作方法

1.1 多層介質中的彈性波傳遞特性

半空間彈性介質中，其表面某一局部受到擾動后，由近及遠，介質各點將離開自己的平衡位置進入振動狀態而出現波動現象。彈性波在多層介質模型中傳播時，主要成分是在各個分層界面產生的透射波和反射波。每個反射波都應該滿足彈性波波動方程。當入射波波前還未達到分界面時，波不會受到界面存在的影響，像在均勻介質中傳播一樣。當入射到分界面時，將產生反射波、透射波、反射轉換波、透射轉換波，以此類推。如圖1所示的多層介質模型，振動波源從表層入射，其中，深度方向的坐標為Zm(厚度Hm=Zm-Zm-1)，各層中密度ρm，橫波速度vs,m、縱波速度vp,m為常數[8-9]。

圖1 層狀介質中波的傳播Fig. 1 Wave propagation in the layered medium

波動方程應滿足：

(1)

式中：τ為水平面內的剪應力；u為質點位移[10]。

在重復反射理論中，考慮成層介質為n個相同介質的組合，從各層的一般解的重疊中計算響應結果。

考慮入射波垂直進入介質的情況，即入射角α1=0°，此時P波與S波之間的不發生轉換，分界面上反射波和透射波成分與入射波均相同。因此，根據分界面兩邊介質材料物理力學參數，可得縱波(P波)和橫波(S波)的反射系數，可表示為：

(2)

(3)

式中：Rpp為P波反射系數；Rss為S波反射系數。

由式(2)、式(3)可知，無論是縱波還是橫波，反射系數都由界面兩邊的介質的波阻抗(波速與密度的乘積)差決定。

假定各層波函數在各個分界面上均滿足邊界條件、連續條件，我們可以根據邊界條件方程來確定各層的透射系數、反射系數。通過第n層底面和第n-1層頂面的應力分量和位移分量之間關系遞推到各個夾層分界面上的位移分量和應力分量的關系：

(4)

可以看到，在多層介質表面入射一個激發波之后，在表面接收到的波形是由各個分層界面反射的波和反射轉換的波經過其他分層界面反射、透射、反射轉換、透射轉換的影響之后產生的疊加狀態，難以給出解析解答。而數值模擬可以在一定精度范圍內反映接收到的波形特征，所以要采用數值模擬的方法來研究彈性波在多層介質中的傳播特性。

1.2 工作方法及數據處理方法

1.2.1 工作方法

沖擊映像法的工作方法如圖2。首先用沖擊錘擊打巖土體或結構體介質表面以產生特定的能量和頻率的入射波(擊打位置稱為激發點)。一般在混凝土表面激發波的頻率范圍集中在1 000～3 000 Hz。在距離激發點一定距離(這個距離稱為偏移距D)處使用檢波器接收響應波形信號(接收位置稱為接收點)。一般采用速度型檢波器，可采用豎直向單分量檢波器或者兩水平方向一個垂直方向的三分量檢波器。完成一個測點的數據采集之后，保持偏移距不變，沿測線方向移動一定的距離X0，再用同樣的方法進行下一個測點的數據采集，重復以上過程完成整條測線或整個測區的數據采集工作。

圖2 沖擊映像法工作方法Fig. 2 Working method of the impacted image method

1.2.2 數據處理方法

據多層介質中的彈性波反射理論，在巖土體或結構體表面激勵一個合適的震源，然后在相同表面采用檢波器接收響應波形信號，介質的內部結構不同，產生的波動場就不同，其在介質表面的投影亦不同。根據響應波形(振幅大小、持續時間、豐度等)的變化來推斷介質的變化。數據分析的具體步驟可以分為預處理、波形剖面及可視化處理、響應能量及響應能量放大系數平面分布處理、缺陷類型及空間分布評價。

1)預處理：首先對采集到的數據進行有效數據提取、格式變換、加入檢波器位置信息，然后通過濾波、降噪等方法去除由于現場環境等原因引起的干擾波。

2)波形剖面及可視化處理：對同一條測線的數據進行預處理后，把處理結果按照實際位置進行排列繪制波形剖面。從波形剖面上可以直觀的看出波形形態及持續時間等變化。以同一條測線距離為橫軸，波形采樣時間為縱軸，以等高線或者顏色深淺來表示波形振幅值的大小，繪制成2維成像剖面圖。通過可視化的成像剖面可以直觀觀察到波形豐度、持續時間、能量大小等變化特性，從而快速直觀的推斷下部多層的變化情況。

3)標準化響應能量分布：響應能量定義為響應波形振幅絕對值的平均值，亦稱為沖擊響應強度。一般來說，需要采用無量綱的值對結果進行評價。采用認為無缺陷的某一條測線或者某一測點作為參考值，標準化響應能量值設定為Ri=Ai/A(i=1,2,…,n)，Ai為各響應波形的沖擊響應強度，A為參考值。將測試區域內所有測點的標準化響應能量值加入位置信息并展開在檢測區域平面內。通過均值化、插值、平滑等處理后，得到檢測區域的標準化響應能量分布圖。

4)缺陷類型及空間分布：通過數值計算或者模型試驗等手段確定標準化響應能量值與缺陷類型、分布形態之間的關系，確定缺陷的空間分布以及類型等。

2 沖擊映像方法的關鍵問題

采用商業有限元軟件ABAQUS的有限元動力分析方法進行多層層狀介質中彈性波傳播的數值模擬計算。通過人為設置缺陷并改變缺陷的尺寸、位置，研究不同缺陷下彈性波傳播特性的變化規律，包括沖擊響應能量與缺陷類型、范圍的相關性、沖擊映像方法的檢測工藝與檢測誤差的相關性等。

2.1 計算模型及參數

考慮到水工結構混凝土結構及下部基礎分布較均勻，平面尺寸大，計算中將其簡化為多層層狀結構。根據水工結構常見病害類型在層間預設缺陷。模型結構尺寸為8 m×60 m。自上而下依次是混凝土結構層，碎石基礎層，淤泥質土層和風化花崗巖層。各結構層厚度如下：混凝土層1 m，碎石基礎層0.5 m，淤泥質土層5.5 m，風化花崗巖層1 m。為避免彈性波傳播到模型邊界時產生反射，在模型的左、右下邊界設置無限元單元邊界。考慮到實際檢測中的結構物理性質和彈性波波長等因素，將網格尺寸設定為5 cm×5 cm，采用四節點平面應變單元，整個模型劃分為89 158個單元，如圖3。

圖3 層狀缺陷布置示意Fig. 3 Location of the layered defects

在水工構筑物混凝土結構中，底板通常采用C30混凝土澆筑，其剪切波波速為2.2～2.5 km/s，縱波波速為3.0～4.0 km/s。底板下設置碎石等基礎層，其強度和剪切波波速較混凝土要低，基礎層下為地基土層，其強度和剪切波波速更低。對于缺陷部分，考慮到實際情況及有限元計算的收斂問題，采用飽和黏土填充。參考GB 50265—2010《泵站設計規范》和《普通混凝土力學性能試驗方法標準》的各項規定，模型各層材料參數如表1。

表1模型材料物理參數

Table1Physicalparametersofmodelmaterial

介質材料密度/(kg·m-3)彈性模量/GPa泊松比混凝土2400300．30碎石基礎22000．50．20淤泥質土14000．010．25缺陷10000．00050．30基巖層(風化花崗巖)2800500．30

數值模擬中采用雷克波作為激發震源。根據現場采集波形的頻率特征，雷克波的主頻設定為1 500 Hz。基于Courant條件，波的采樣間隔應滿足Δt/2

2.2 沖擊響應能量與缺陷類型的相關性

為了研究沖擊響應能量和缺陷類型之間的相關性，參考水工結構下部常見病害類型，建立兩種缺陷和不存在缺陷共3種工況的有限元模型。分別為：工況1—不存在缺陷；工況2—在混凝土層和碎石基礎層層間設置層狀缺陷；工況3—在碎石基礎層和淤泥質土層層間設置層狀缺陷。缺陷層厚度為0.2 m，采用飽和黏土填充，缺陷分布如圖3。每種工況激發1次，激發點位于模型正中間位置，偏移距D=0.5 m。激發及接收方向均為y方向。

圖4為3種工況的的波形響應分布。由圖4可見，波形最前0.004 s的成分單一，僅為直達波，故而各波形均一致，而后反射波到達，各成分波形混合在一起，難以區分。但是從響應波形的振幅上可以判斷，缺陷層的存在導致波形的振幅增大，這也說明更少的能量得以傳遞到波速低層內及以下。3種工況的沖擊響應能量分別為0.005 8、0.008 0、0.007 1 m/s。以工況1無缺陷模型為參考，2種缺陷模型的標準化響應能量值分別為Ri= 1.38、1.22。由于表層檢測對象的厚度只有1.0～1.5 m，震源所激發的直達波、反射波等各種波形成分混合在一起，反射波在檢測體內很快就到達檢測點， 2種缺陷的標準化響應能量值很難區分開來。

圖4 波形響應示意Fig. 4 Schematic of waveform response

2.3 響應波場與缺陷尺寸的相關性

在混凝土層和碎石基礎層層間設置不同寬度的缺陷，通過改變缺陷寬度來研究沖擊響應波場與缺陷尺寸的相關性。缺陷分布按照全對稱設置，設置于模型正中間。缺陷寬度分別為0、1、2、3、4、5、6 m，缺陷層厚度為0.2 m，如圖5。每種工況激發1次，激發點位于模型正中間位置，偏移距D=0.5 m。激發及接收方向均為y方向。

圖5 有限寬度缺陷布置示意Fig. 5 Location of the defect with finite width

圖6為缺陷寬度2 m時的彈性波場快照，快照顯示的是缺陷附近(1.5 m×1.5 m范圍)t=0.005 5 s時的y方向速度分布。由圖6可知，在模型上表面激發一雷克子波后，彈性波到達缺陷區域后，由于缺陷層的存在產生了多次反射波、透射波，當缺陷尺寸有限時，除少量能量傳遞到波速低層內及以下外，還會發生繞射。

圖6 波場快照Fig. 6 Snapshot of wave field

圖7為缺陷尺寸寬厚比與標準化響應能量值的關系。圖7中橫坐標為缺陷寬度與缺陷深度的比值，其中0表示不存在缺陷。由圖7可知，當缺陷寬度與缺陷深度的比值為0～1范圍時，標準化響應能量值基本保持不變，與不存在缺陷時相同；當缺陷寬度與缺陷深度的比值為1～3范圍時，隨著缺陷寬度比的增大，標準化響應能量值呈線性增大趨勢；當缺陷寬度與缺陷深度的比值大于3時，標準化響應能量值基本保持不變。可以認為，響應波場與缺陷尺寸存在相關性，并且當缺陷區域寬厚比在一定范圍內時，標準化響應能量值可以用于判斷下部介質的變化區域的空間分布。

圖7 缺陷尺寸寬厚比與標準化響應能量值的關系Fig. 7 Relationship between the width-thickness ratio of defect size and the energy value of the normalized response

2.4 檢測工藝與檢測結果誤差的相關性

考慮到實際檢測過程中偏移距、測線布置和測點布置等檢測工藝可能導致檢測結果出現偏移、失真等誤差，建立符合實際檢測工藝的有限元模型對檢測工藝和結果誤差之間的相關性進行研究。

以寬厚比為3時的工況為對象，缺陷分布按照全對稱設置，設置于模型正中間。缺陷寬度設置為3 m，缺陷層厚度為0.2 m。檢測范圍為以缺陷區域為中心的9 m范圍內。偏移距D=0.5 m，X0= 0.5 m。測線分布如圖8。激發及接收方向均為y方向。

圖8 工況示意Fig. 8 Working condition

圖9為測線的標準化響應能量值分布。由圖9可見，缺陷的存在對沖擊響應強度具有放大效應。其放大性依存于激發方式。當激發在缺陷處時，標準化響應能量值達到1.38以上。激發在邊界處時，標準化響應能量值達到1.28。激發在無缺陷處時，標準化響應能量值只有1.03。由于標準化響應能量值對檢測工藝的依存性，評價結果在檢測測線推進方向會導致半個偏移距的誤差。評價檢測結果時可在測線推進方向修正半個偏移距。

圖9 標準化響應能量值分布Fig. 9 Energy value distribution of the normalized response

3 某泵站高位井下部缺陷檢測及病害分析

3.1 工程概況

本次試驗在廈門市思明區筼筜湖排洪泵站進行，泵站的主要設施結構包括蓄水湖、泵房、透水井、高位井和箱涵，平面布置如圖10。主要結構泵房為地上一層高約5 m，地下一層高約10 m，平面尺寸為長約20 m，寬約12 m，地上建筑為框架結構，地下泵房為鋼筋混凝土結構。高位井總長度43.5 m，寬度為6 m，自南向北分為高、低、高3個平臺，平臺與平臺之間由1.4 m寬斜坡連接，坡高為0.5 m，高位井底板下為0.5 m厚碎石基礎層。附近地質鉆孔信息揭示，該區域土層分布為：±0.00 m至-4.80 m為雜填土，-4.80 m至-12.25 m為淤泥質土，-12.25 m以下為風化花崗巖。風化花崗巖為結構基礎持力層。

圖10 泵站平面布置Fig. 10 Plane layout of pumping station

據現場觀測，泵房及其配套建構筑設施整體上未發現明顯傾斜、側移拉裂等破壞跡象，泵房內也無明顯破壞的痕跡，在泵房的外側靠近墻邊的地基土多處發生明顯地面塌陷，下陷深度約1～20 cm不等，墻體與墻邊土體間隙5～30 cm，在泵房外西側排洪管道的南北各有一處地面塌陷，地面洞口直徑約1 m，經過簡單的回填土處理，場地地面的其它部位無明顯地面塌陷痕跡。泵站透水井和箱涵底面存在明顯滲水現象，如圖11。結合蓄水湖水位高于海平面，存在沿蓄水湖向海水的水力坡降，存在形成一定的滲水通道的安全隱患。

圖11 滲水點照片Fig. 11 Photo of seepage point

3.2 現場數據采集及測線布置

檢測系統由數據采集用數字地震記錄儀(Geometrics公司生產，24通道高精度寬頻帶地震儀)、速度型檢波器(固有頻率200 Hz)及耦合裝置、筆記本電腦、連接電纜、激發裝置(250 g鋼錘)、電源等組成。為保證檢波器與接觸面的耦合，每個檢波器下設置10 cm×10 cm的鋁板固定裝置。震源的頻率大小由錘子的形狀、重量以及與地面的接觸狀態等因素決定，一般來說震源的頻率大小與錘子的質量大小成反比。選用250 g小鐵錘作為激發源。檢測現場如圖12。

圖12 現場檢測Fig. 12 Site testing

針對可能存在透水通道的關鍵結構高位井，采用沖擊映像法進行下部缺陷空間分布檢測。現場測線布置如圖13。

圖13 測線示意Fig. 13 Schematic of survey line

由圖13可見，在高位井內南北方向每隔0.5 m布置一條測線，共12條，每條測線長43 m。每條測線上間隔0.5 m布置一個測點，共87個測點。測線跨越平臺之間斜坡區域時，以水平距離進行測點位置控制。數據采集采用的偏移距為0.5 m。采樣間隔20.833 μs，記錄時長為0.17 s，采樣延遲為0.004 s，每一組數據記錄8 139個數據點。

3.3 數據分析

以測線L5為例進行波形分析，圖14和圖15分別為測線L5的波形分布和標準化響應能量值分布。由圖14可知，波形響應在4～8、9～20、24～27 m范圍內存在明顯響應增強的現象。由圖15可知，與波形響應增強區域對應，在9～20 m范圍內存在較多的響應能量放大區域，最大標準化響應能量值達到5倍。

圖14 測線L5波形羅列Fig. 14 Waveform list of survey line L5

圖15 標準化響應能量值曲線Fig. 15 Energy value curve of the normalized response

圖16為修正后的標準化響應能量值分布，圖16中標示出沖擊響應能量達到1.38時的等高線。根據數值計算的結果可見，以標準化響應能量值達到1.38為參考值，可以認為區域內存在大面積的層間脫空或者疏松狀況。

圖16 檢測區域內標準化響應能量值分布Fig. 16 Energy value distribution of the normalized response in test area

3.4 高位井下部滲漏病害評價

從圖16可見，檢測對象高位井下部存在混凝土與碎石層間、以及碎石層與基礎土層間的兩種脫空、疏松帶病害。病害分布在高位井南側4～18 m范圍內，并在東西方向連續貫通。結合圖10中的觀測病害，高位井下部的脫空疏松帶的貫通性存在，明確了泵站內透水通道的存在，且通道分布在1.0～1.5 m深度范圍。建議對該透水通道進行封堵處理。

4 結 論

1)在層狀介質彈性波傳遞理論的基礎上，采用有限元數值方法，模擬計算彈性波在多層介質中的傳播特性。通過不同工況下的模擬計算，獲得了標準化沖擊響應能量值。明確了層間缺陷類型對標準化沖擊響應能量值的影響，缺陷的存在對沖擊響應強度具有放大效應，其放大性依存于激發方式。通過對檢測工藝引起的誤差進行修正后，采用標準化沖擊響應能量值可以準確的評價多層介質層間缺陷的空間分布。

2)針對某運營泵站的工程病害問題，開展了沖擊映像法的工程應用。結合已發現的病害，明確了泵站內透水通道的存在以及其空間分布。并對今后的加固維護提出了具體的建議。

[1] 王輝, 劉日波. 水工混凝土的常見病害及預防對策[J]. 丹東海工, 2006(8):83-84.

WANG Hui, LIU Ribo. Various factors of hydraulic structures and preventive counter measures[J].DandongSeaWorkers, 2006(8): 83-84.

[2] 謝蒙, 湯金云. 探地雷達在水工建筑物地基病害檢測中的應用[J]. 人民黃河, 2012, 34(9):105-107.

XIE Meng, TANG Jinyun. Application of GPR in foundation disease detection of the hydraulic structures[J].YellowRiver, 2014, 34(9): 105-107.

[3] 胡建殷. 關于水工混凝土建筑物的混凝土質量檢測[J]. 四川水泥,2014(12):23.

HU Jianyin. Concrete detection of hydraulic structures[J].SichuanCement, 2014(12): 23.

[4] 湯政, 車愛蘭, 馮少孔, 等. 高鐵多層線下結構病害全波場無損檢測方法與技術[J]. 上海交通大學學報,2015,49(7):1017-1022.

TANG Zheng, CHE Ailan, FENG Shaokong, et al. Detection methods and research about full-wave field imaging detection method on high-speed railway under-track structure[J].JournalofShanghaiJiaotongUniversity, 2015, 49(7): 1017-1022.

[5] 羅先中,王正成. 沖擊回波法檢測混凝土結構[J]. 鐵道建筑,2007(7):106-108.

LUO Xianzhong, WANG Zhengchen. Checking measurement of concrete structure by waving inspection method[J].RailwayEngineering, 2007(7): 106-108.

[6] 楊鴻凱, 車愛蘭, 湯政, 等. 基于彈性波理論的高鐵線下結構病害快速檢測方法[J]. 上海交通大學學報,2015,49(7):1010-1016.

YANG Hongkai, CHE Ailan, TANG Zheng, et al. Elastic-wave-based detection method for under line structure of high-speed railway[J].JournalofShanghaiJiaotongUniversity, 2015, 49(7): 1010-1016.

[7] 黃濤, 馮少孔, 朱新民,等. 沖擊映像法在渡槽豎墻空鼓裂縫檢測中的應用[J]. 水利水電技術,2015,46(1):60-64.

HUANG Tao, FENG Shaokong, ZHU Xinmin, et al. Application of impact imaging method to detecting hollowing cracks of vertical wall of aqueduct[J].WaterResourcesandHydropowerEngineering, 2015, 46(1): 60-64.

[8] RICHART F E, WOOD R D, HALL J R. Vibrations of soils and foundations[J].PrinciplesofNeurodynamicsSpartan, 1970, 209(5019):137.

[9] MANDAL A, BAIDYA D, ROY D. Dynamic response of the foundations resting on a two-layered soil underlain by a rigid layer[J].GeotechnicalandGeologicalEngineering, 2012, 30(4): 775-786.

[10] 劉喜武. 彈性波場論基礎[M]. 青島:中國海洋大學出版社,2008.

LIU Xiwu.ElasticWaveFieldTheory[M].Qingdao: China Ocean University Press, 2008.

ApplicationofImpactedImageMethodtoWater-SeepageDiseaseTestingofHydraulicStructure

ZHU Renjie, CHE Ailan, HUI Xiangyu, FENG Shaokong

(School of Naval Architecture, Ocean & Civil Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240,P.R.China)

The impacted image method is a kind of nondestructive examination method based on the principle of elastic wave reflection, which has advantages of rapid detection and visualization of results. And it can fast evaluate the underground medium along the vertical and horizontal directions Aiming at the characteristics and common diseases of hydraulic structure and its foundation, the correlation analysis on elastic wave propagation characteristics, defect location and defect size was carried out by dynamic finite element method, which was taking the characteristics of elastic wave propagation in multilayer medium with different interface as the theoretical foundation. The relationship between the impact response energy of medium surface and defect location and size was especially focused. The plane distribution of defects in the medium was cleared. The impact factors on error of the impacted image method were also evaluated. On this basis, taking the concrete hydraulic structures seepage disease detection project as the background, the method which was adapt to the data acquisition, analysis, result correction and visualization processing of the hydraulic structure detection was discussed in detail. Finally, the defect distribution and possible infiltration paths were evaluated.

hydraulic engineering; multi-layered medium; elastic wave propagation characteristics; impacted image method; hydraulic structure; water-seepage disease

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.11.10

2016-03-21；

2016-11-05

國家自然科學基金項目(11372180);

朱仁杰(1994—)，男，上海人，博士生，主要從事無損檢測技術方面的研究。E-mail：903739310@qq.com。

車愛蘭(1969—)，女，吉林吉林人，教授，主要從事巖土體動力特性及相關測試技術方面的研究。 E-mail：alche@sjtu.edu.cn。

O 319.56

A

1674-0696(2017)11-048-08

(責任編輯：譚緒凱)