淺談混凝土裂縫檢測新技術(shù)

王選 張震 鄭浩 王梓鑒

【摘 要】 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，國家對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入力度加大，各類大型工程建筑不斷涌現(xiàn)，由于現(xiàn)代工程建筑的主要材料是鋼筋混凝土，而混凝土由于受到各種內(nèi)部或外部作用的影響而產(chǎn)生裂縫，進而影響混凝土的質(zhì)量，對建筑物會造成很大的危害。因此必須對這些裂縫進行檢測，掌握裂縫狀況及有關(guān)參數(shù)以判斷裂縫對建筑物的危害程度及研究相應(yīng)的補強措施，這對加強混凝土裂縫的檢測工作具有重大意義。本文簡述了并對新的裂縫無損檢測方法—瑞利波法進行了進一步的探究。

【關(guān)鍵詞】 超聲波 瑞利波 裂縫檢測技術(shù)

1 研究背景

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，一些新興的檢測技術(shù)如超聲波法、沖擊回波法、雷達法、紅外線檢測技術(shù)、聲發(fā)射檢測技術(shù)等無損檢測技術(shù)相繼應(yīng)用于混凝土裂縫的無損檢測[1]。但應(yīng)用超聲波來進行混凝土檢測也有其相應(yīng)的缺點，首先超聲波繞射法不能檢測深層裂縫，因裂縫較深時，該法收不到真正的首波信號;其次若裂縫中充水，則超聲縱波可直接穿過裂縫，與繞射信號相混，增加判斷的困難;超聲波僅適用于無鋼筋或少鋼筋混凝土情況。近年來，瑞利面波法憑借其檢測儀器輕便、快速、費用低、分辨率高、不受施工場地限制、不受各個地層速度關(guān)系的影響等優(yōu)點被應(yīng)用到工程建設(shè)的各個領(lǐng)域，研究發(fā)現(xiàn)面波在裂縫檢測中具有快速、抗干擾能力強，被探測介質(zhì)表面無破損等優(yōu)點，在結(jié)構(gòu)混凝土缺陷探測中具有推廣應(yīng)用價值[2]。

2 瑞利面波法

近年來，發(fā)展了一種新的裂縫無損檢測方法—瑞利面波法[3]，同樣在混凝土表面布置觀測系統(tǒng)，采用錘擊震源，通過接收的瑞利面波特征來推算裂縫的深度。瑞利面波法具有分辨率高、應(yīng)用范圍廣、受場地影響小、檢測設(shè)備簡單、檢測速度快、經(jīng)濟等一系列優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于淺表層巖土工程勘察和災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域。

3.1瑞利面波方程。1887年，英國數(shù)學物理學家瑞利在求解自由表面半空間中的平面彈性波場時，預(yù)言了一種沿豎向指數(shù)衰減的面波的存在。該面波小于縱波速度，接近于橫波速度，質(zhì)點的運動軌跡為一逆向橢圓。后來人們在天然地震中證實了這種面波，并稱其為波，即瑞利面波。在自由表面半空間中，瑞利面波的速度為一個常值，即沒有頻散，也就是瑞利波的相速度不隨頻率的變化而變化。但在復雜邊界條件下，瑞利面波則會出現(xiàn)頻散現(xiàn)象[4]，人們根據(jù)這一特性，利用地表接收的瑞利面波信號對地下結(jié)構(gòu)進行探測的方法被稱為瑞利面波法。

式（1-4）表示了瑞利波速度與橫波速度的關(guān)系，稱之為校正系數(shù)，它依賴于泊松比。當分別為0.25，0.33，0.40，0.50時，值分別為0.92，0.933，0.943，0.956。

從以上理論可知，在均勻彈性半空間存在的這個沿自由表面?zhèn)鞑サ牟ǎ渌俣刃∮诳v波速度、略小于橫波速度，這就是面波。從理論及實際情況分析我們可以得出瑞利面波波速的三個特點：（1）相同介質(zhì)中，縱波波速最快，橫波其次，瑞利面波速度最慢。（2）與呈近線性關(guān)系，并且當較大時，一般情況下，巖石的泊松比為左右，土的泊松比為之間。因此對于土質(zhì)地基，可以認為瑞利波波速與橫波波速近似相等，求橫波波速可用求瑞利面波波速來代替。（3）與頻率無關(guān)，說明在均勾介質(zhì)中瑞利面波無頻散現(xiàn)象。

3.2 瑞利面波的衰減。縱波、橫波的波前面相對激發(fā)點呈球面擴散，而瑞利波的波前面呈柱面擴散。所以，面波能量密度[6]衰減較小。面波沿深度方向衰減快，僅存在于大約一個波長的深度內(nèi)，而沿水平方向的能量密度隨著傳播距離按衰減，這比球面波擴散的體波能量密度按衰減要小得多。研究證明，在均勾彈性半空間介質(zhì)表面上，施加一個豎向作用力，能量從震源向下福射，約有的能量會轉(zhuǎn)化成面波，只有的能量被體波帶走，這是利用面波進行勘探的有利條件。

4 結(jié)束語

瑞利面波檢測技術(shù)在混凝土裂縫檢測方法中的應(yīng)用越來越廣泛了，準確的得到頻散曲線并反演出混凝土裂縫介質(zhì)可以更有效的預(yù)防裂縫的發(fā)展，提前采取相應(yīng)的補救措施;避免了各種事故的發(fā)生;鞏固了建筑的穩(wěn)定性;保障了人民的生命財產(chǎn)安全。瑞利面波法在工程地球物理勘探領(lǐng)域己發(fā)展成為與折射波法和反射波法并稱的一種新的淺層地震方法，并且它還比前兩種方法更有優(yōu)勢，它可以通過測量橫波速度來測定巖土的物理力學參數(shù)，檢測復合地基承載力，以及檢測路基、堤壩混凝土的密實度等。隨著瑞利面波理論研究的進一步深入，它在工程上各個領(lǐng)域的優(yōu)勢會更加明顯。但對于檢測混凝土垂直裂縫還需要進一步深入的研究。

【參考文獻】

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[2] 包國強， 馬棟和， 王銳， et al. 基于面波法的混凝土壩體裂縫深度檢測研究[J]. 山西建筑， 2017（04）：234-235.

[3] 譚屹. 層狀介質(zhì)瑞利面波波場二維數(shù)值模擬研究[D]. 2017.

[4] 莫志軍. 瑞雷面波在路基填筑質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J]. 交通世界（運輸.車輛）， 2012（11）：154-155.

[5] 張立. 層狀介質(zhì)中瑞利面波波場特征分析和反演方法研究[D]. 西南交通大學， 2009.

[6] 張祖武， 姚令侃. 土巖界面地震波能量傳遞與耗散特性研究. 災(zāi)害學， 2011（1）：5-9.

作者簡介：王選 （1993-），男，漢，江蘇。碩士研究生，單位：揚州大學建筑科學與工程學院。研究方向：建筑與土木工程。