振动与波动应用于工程质量检测赵竹占.doc

2023年第1期工程物探信息·4·

振动与波动技术在工程质量检测中的应用

赵竹占

(浙江省工程物探勘查院杭州310007)

摘要：本文综述振动与波动测试技术在工程中的应用以及工程实例

关键词：地震波瑞利波反射波超声波电磁波

引言

在建设工程的质量鉴定及检测中，振动和波动测试方法技术占了极大的分量，它是工程科学和物理学的交叉学科，它以物理学的理论、方法及仪器设备来研究自然和人类活动对地质介质及国民建设的影响，评估和预测工程质量，为工程的选址、建设施工质量及工程后期的安全性作出科学的评价，在国家的工程建设中，振动与波动的测试技术起到了举足轻重的作用。

1、地震波勘查技术

以岩土弹性性质为依据的地震勘探技术是几十年来应用于油、气藏勘探、煤田和金属矿勘探中最重要的方法之一，它采用人工爆破产生地震波，强大的震波入射到地下弹性介质中碰到地层的界面时，便产生波的反射和折射回到地面被地面上不同位置的接受器所接受，通过仪器将综合的地震波记录贮存，经室内资料解决来完毕勘探地下地质目的物的任务。

地震勘探在地质矿产和工程中得到广泛的应用，重要是勘探石油层、煤层以及大型的金属矿层位，勘查地层分层、基岩起伏形态、断裂构造及其性质、地下水含水层位，而在工程建设中常运用浅地震方法来进行工程选址、道路选线、地质灾害调查，地下岩溶探测等等，为工程选取最佳地块、线路以及最抱负持力层的方案提供科学依据。

大亚湾核电站自1984年开工建设，1993年建成2×900KW压水堆型核电站，投产后直接面临一个核废料解决场的选址问题，这是我国第一个核电站核废料处置场，其必须具有场地相对稳定，无大的地震构造运动，地质构造简朴，断裂构造不发育，水文条件单—，岩土力学性质好等条件。要完毕此项地质调查工作，目前国内外均采用以地震勘探为重要手段的综合地球物理调查方法，而地震方法将起到主导的作用。

图1为核废料处置场选址工区采用浅地震勘查方法所取得的风化层分带及断层点的地震剖面

图，从图中可以清楚地见到新鲜基岩，中风化基岩和全风化基岩的垂直分带，并且可以从同向轴的不连续处推断断层部位及性质，采用地震波方法得到的断裂构造同样被α卡探测证实。

2、超声波测试技术

声波是弹性介质的机械波，我们能听到的声波频率在20-2023Hz，而大于20230Hz的声波叫超声波，声波技术应用于工程建设的混凝土非破损检测始于上世纪40年代的英国和加拿大学者，后来不久在世界各国得以普遍推广，我国于60年代才应用于工程质量检测。

超声波仪器有信号发生器和接受换能器组成，当声频电振荡脉冲加在晶片上使之产生法向和径向的机械振动，从而在晶片表面产生—定频率的电脉冲，振动波经介质传播至接受换能器，将振动信号再次转成电信号而送入主机，假如介质均一而完整的，信号在中间的衰减和损耗极小，假如介质的某一部分存在缺陷，波在传播中产生散射、反射和衍射。能量也受到很大的衰减，从而使接受的时间变慢，幅值变低，并且波形杂乱，人们就运用这样的原理来检测混凝土构件的强度、质量，缝裂深度等指标。

超声波检测技术广泛地在工程质量评价中得以应用，如机场跑道和公路的混凝土路面，隧道拱顶和大桥箱式梁，大型建筑的混凝上柱、梁、台、板等构件的厚度、强度和缺陷范围及性质，目前可采用超声CT进行定量描述。

采用超声波测试可以根据研究目的物的不同对构件进行对测，也可以进行斜测和平测，而目前大量的用于钻孔灌注桩的埋管超声测试，它对于检测成桩后的桩的完整性(夹泥、离析、断裂)以及拟定桩底沉渣起到了决定性的作用。

某大桥桥墩桩，桩径1200mm，桩长38.5m．嵌岩于中风化岩中，为了测试桩完整性，采用埋管超声波测试方法，从所测得的成果图发现从37.8m开始处波速从正常的4100m/s下降到2023m/s以下，而声幅值从正常的108db下降到40db(图2)，说明桩底沉渣达70cm之多，如此定量的测试星反射波动测法所无法比拟的。

3、应力波反射波动测

如前所述运用地震波可以对三维地下地质问题的地质构造、地层、石油层以及矿体进行探测，在工程建筑中特别是在江、河、海上大桥桩以及软弱地基高层建筑的基础桩的工程质量，运用应力波反射波法，可以快速地查明桩的完整性，涉及断裂央泥、离析，缩径、扩径等，从而对桩的质量进行科学判断评价，以保证工程的安全。