地下工程监测方法与检测技术 第9章 声波检测技术
地下工程监测方法与检测技术
地下工程监测方法与检测技术嘿，咱今儿就来聊聊地下工程监测方法和检测技术这档子事儿！你说这地下的世界，就像一个神秘的大宝藏，得好好去探寻一番呢。
想象一下，那地下有着各种各样的结构体，有隧道呀，有地下室呀，它们就像一个个隐藏起来的小天地。
那怎么知道这些小天地是不是安全的，是不是稳稳当当的呢？这就靠咱们的监测方法和检测技术啦！先来说说监测方法吧。
就好像我们每天要照镜子看看自己的模样一样，对地下工程也得有专门的“镜子”去观察它。
可以通过各种仪器，像什么水准仪啦、全站仪啦，去测量地下结构体的变形呀、位移呀这些关键数据。
这就好比给地下工程做了一次全面的“体检”，哪里有小毛病，一下子就能看出来啦。
还有啊，那些传感器就像是地下工程的“小侦探”，它们能敏锐地察觉到细微的变化。
比如说压力传感器，能感知到地下结构体所承受的压力是不是在合理范围内。
这就像我们人能感觉到累不累一样，要是压力太大了，那可不行，得赶紧想办法调整呀。
再讲讲检测技术。
这可真是五花八门，各有各的厉害之处。
就像医生看病有各种诊断手段一样，地下工程也有不同的检测技术来保驾护航。
比如地质雷达技术，它就像一个超级透视眼，能透过土层看到地下的情况。
是不是很神奇？还有声波检测技术呢，它通过声波的传播和反射来了解地下结构体的状况。
这就好比我们跟朋友喊话，根据声音的回响来判断周围的环境。
是不是很有意思？你说这地下工程监测和检测多重要啊！要是没有这些，那地下的结构体说不定哪天就出问题啦，那可就麻烦大了。
就像我们的房子要是没有好好维护，说不定哪天就会漏水或者出现裂缝一样。
咱可得重视起来呀！这些监测方法和检测技术就是我们保护地下工程的有力武器。
它们能让我们及时发现问题，及时解决问题，让地下的世界也能稳稳当当的。
你想想，要是地下的隧道因为没有好好监测而出现了坍塌，那得多危险呀！或者是地下室因为没有检测到漏水而导致里面的东西都被泡坏了，那不是损失惨重嘛！所以呀，地下工程监测方法与检测技术可真是太重要啦，咱可不能小瞧它们！这就是保障我们地下世界安全的关键呀！怎么样，现在是不是对地下工程监测和检测有了更深的认识啦？。
地下工程监测与检测技术介绍
2
监测与检测技术可 以评估地下工程的 稳定性，确保工程
的长期安全。
3
监测与检测技术可 以指导地下工程的 施工和维护，提高 工程的质量和耐久
性。
4
监测与检测技术可 以降低地下工程的 建设和维护成本， 提高工程的经济效
益。
提高工程质量
监测事故发生
01
监测与检测技术 可以确保工程质 量符合设计要求， 提高工程使用寿 命
地下工程监测与 检测技术介绍
目录
01. 地下工程监测与检测技术的 重要性
02. 地下工程监测与检测技术的 分类
03. 地下工程监测与检测技术的 应用
04. 地下工程监测与检测技术的 发展趋势
1
地下工程监测与检 测技术的重要性
保障工程安全
1
监测与检测技术可 以及时发现地下工 程的安全隐患，避
免事故发生。
03
02
通过监测与检测 技术可以优化施 工工艺，提高工 程质量
04
监测与检测技术 可以降低工程成 本，提高经济效 益
降低工程风险
1
实时监测：及时发现工程隐患， 降低事故风险
2
数据分析：为工程决策提供科 学依据，降低决策风险
3 优化设计：根据监测数据优化 设计方案，降低设计风险
4 提高工程质量：通过监测与检测 确保工程质量，降低质量风险
03
浓度等参数 噪声监测：监测地下工程噪声强
04
度、频率等参数
3
地下工程监测与 检测技术的应用
隧道工程
隧道变形监测： 实时监测隧道的 变形情况，确保 隧道安全
隧道渗漏水监测： 监测隧道的渗漏水 情况，及时采取措 施防止渗漏水对隧 道结构的破坏
地下工程监测与检测技术-第五章 地下工程中的声波测试技术
第五章 地下工程中的声波测试技术
人民交通出版社
内容提要
声波测试技术 声波测试技术在围岩测试中的应用 声波测试技术在地下混凝土结构质量评价中的应用 传感器的选择和标定
第一节 声波测试技术
声波测试技术是研究人工激发或者岩石断裂产生的声波在岩体内 的传播规律，并据此判断岩体内部结构状态、应力大小、弹性参量及
孔中折射波法又称单孔测试法，它是将特制的单孔换能器放入钻孔
中，接收通过岩壁的折射波，并沿钻孔延深方向逐段观测声波参数的变 化，从而确定所通过地层的层位、构造、破碎情况以及岩石的物理力学
性质等。这种方法在工程中常用来测定井巷围岩破碎范围，查明围岩结
构，进行工程质量评价等。
第二节中传播得多远，介质质点仅能
围绕其平衡位置在一个非常小的空间内振动或转动。波在传播 中的速度称为波速度。
根据声波的振动方向与波传播方向的关系，可把声
波分为纵波和横波。若质点的振动方向与波的传播方向 一致，这种波称为纵波，又称为压缩波。若质点的振动 方向与波的传播方向垂直，这种波称为横波。在气体和 液体中的声波只能是纵波，而在固体中声波即有纵波又 有横波。岩体属于固体，故在岩体中声波的传播，即包 括纵波又包括横波的传播。
安放仪器的平台（或吊桶）上加防水罩，同时在仪器上面加盖防
水塑料雨布。当仪器安放位置远离测孔，原换能器电缆长度不够， 而需另加接电缆时，应保证电缆接头的芯线与屏蔽线之间有良好
的绝缘，其外层应采用胶带包好并用树脂胶密封，使其具有一定
的防水功能。
三、其他测试 仪器下井测试方法是将两吊桶同步运行法在井筒施工中。若 使用吊桶提升时，可将仪器安放在其中一个吊桶内，而把测孔布 置在另一个吊桶侧，测试时两吊桶同步运行。罐笼上做临时平台 进行测试当井筒内用罐笼提升时，可在罐笼上搭设临时平台，设 置护栏，测试人员系好安全带，钻眼与测试工作在收时平台上进 行。
地下工程监测与检测技术
第一章 绪论
课程介绍
地下工程是修建在具有原岩应力场、由岩土和各种结构面 组合的天然岩土体中的建(构)筑物，通常包括地铁、隧道、地 下停车场、地下商场、水电工程中的地下厂房等, 靠围岩和支 护的共同作用保持稳定。由于围岩中存在着节理、裂隙、应力 和地下水，地质结构体系极其复杂，且具有不确定性，因此地 下工程的建设比地面工程复杂得多。
4.分辨率 分辨率是指系统可能检测到的被测量的最小变化值，也叫灵敏 阈。一般来说，分辨率的数值愈小愈好。
5.传递特性
传递特性是表示测量系统输入与输出对应关系的性能。 测试系统的传递特性分为静态传递特性和动态传递特性。描述测 试系统静态测量时输入—输出函数关系的方程、图形、参数称为测 试系统的静态传递特性。描述测试系统动态测量时的输入—输出函 数关系的方程、图形、参数称为测试系统的动态传递特性。作为静
③为法律仲裁提供依据。
基本知识 基本手段
必须掌握
2. 地下工程监测和检测中存在的主要问题
①部分工程未把监测、检测与信息反馈作为重要工序编入施工组织设计， 有的虽然作为工序编入，但实施不规范、不彻底、应用效果差； ②工程技术人员没能真正领会和掌握信息化设计与施工技术，施工中缺少 专业人员，特别是信息反馈方面，很少能结合施工情况，对监测检测信息进行 合理分析，进而对工程设计和施工起指导作用； ③缺乏环境的评估标准，有必要就地下工程施工对周围环境影响的评估程
•地下工程赋存环境的复杂性决定了其工程建设的风险性； •风险的解决过程是设计、施工和监测检测相互配合协调的过程；
• 在施工、运行过程中，监测岩土工程的实际状况及稳定性，将
为保证工程安全提供科学依据，监测信息将为修改设计、指导施 工提供可靠资料；
基坑监测方案声波传感技术在地下工程中的实时监测与分析
基坑监测方案声波传感技术在地下工程中的实时监测与分析地下工程在现代建筑中起着至关重要的作用，如地铁隧道、建筑基坑等。
然而，由于地下工程的特殊性质，如地下水位、土壤条件等，使得施工中存在一系列的风险和挑战。
为了确保地下工程的安全和稳定性，基坑监测成为必不可少的环节。
在基坑监测中，声波传感技术被广泛应用于实时监测与分析，本文将详细探讨声波传感技术在地下工程中的应用。
一、声波传感技术概述声波传感技术是一种利用声波特性进行监测和分析的技术。
通过放置传感器来接收声波的反射和散射信号，并利用信号处理算法对声波进行分析，从而获取地下工程的相关信息。
声波传感技术具有非侵入性、实时性和高精度的特点，适用于各种地下工程的监测。
二、声波传感技术在地下工程中的应用1. 地下水位监测地下水位对地下工程的稳定性具有重要影响，因此地下水位的监测是基坑监测的关键环节之一。
声波传感技术可以通过监测地下水位所产生的声波信号来实时监测地下水位的变化情况。
传感器将发射声波信号入射到地下水中，当声波遇到地下水位的变化时，会发生反射或散射，传感器接收到这些信号后进行分析即可得到地下水位的变化情况。
2. 土壤变形监测地下工程施工过程中，土壤变形是常见且重要的问题。
传统的土壤变形监测方法需要在地下安装大量的传感器，而声波传感技术则可以通过少量的传感器实现对土壤变形的监测。
传感器通过监测声波在土壤中的传播速度和传播路径的变化，可以准确地判断土壤变形的程度。
这对地下工程的安全性和施工进度的控制具有重要意义。
3. 地下裂缝监测地下裂缝是地下工程中常见的问题之一，对地下工程的安全性和稳定性产生重要影响。
声波传感技术可以通过监测声波在地下的传播情况来实时监测地下裂缝的生成和扩展情况。
传感器可以检测到声波在地下裂缝处的反射和散射信号，并通过算法进行分析，从而确定地下裂缝的位置和大小。
4. 地下岩层监测地下岩层是地下工程中常见的地质问题之一。
声波传感技术可以通过监测声波在地下岩层中的传播速度和衰减情况来判断地下岩层的状况。
《地下工程监测与检测》课程教学大纲
1. 测试仪器 2. 回弹值的测量与计算 3. 超声值的测量与计算 4. 测区混凝土强度换算值 5. 结构或构件的混凝土强度推定值 【教学重点与难点】 回弹法检测的操作方法；混凝土碳化深度值的测量方法和数据分析；回弹值的测量与计 算。 自主学习内容： 1. 混凝土强度评定的方法？ 2. 混凝土碳化深度的量测方法？ 3. 超声波检测的原理是什么？ 4. 超声回弹综合检测测区混凝土强度换算方法？ 检查方式：书面形成分析结果并分组讨论研究
【教学目的和要求】
了解：常见特殊地质体的地质雷达图像特征 理解：无损检测技术的应用 掌握：回弹法检测，超声波检测，超声回弹综合检测，地质雷达监测技术 运用：回弹仪的操作方法 【内容提要】 第一节 概论 第二节 回弹法检测 1. 回弹仪 2. 回弹值的量测 3. 碳化深度值的测量 4. 混凝土强度的评定 5. 评定报告和有关表格 第三节 超声波检测 1. 超声波检测仪 2. 超声波传播时间即声时值的测量 3. 测区声速值计算 第四节 超声回弹综合检测
500
6. 土压力的监测 7. 孔隙水压力监测 8. 地下水位监测 9. 围护结构水平位移监测 10. 深层土体位移监测 11. 地下管线变形监测 12. 拱顶下沉监测 13. 净空收敛监测 【教学重点与难点】 岩石隧洞工程信息化施工监测方法及方案设计，监测方案设计及检测数据分析处理 自主学习内容： 1. 埋设水准点应考虑哪些因素？ 2. 支护体系水平位移的监测目的？ 3. 影响地下水位变化的因素有哪些？ 4. 监测围护结构水平位移时测斜孔的布设原则是什么？ 5. 地下管线测点有哪几种监测方法？ 6. 光纤光栅传感器的优缺点有哪些？ 检查方式：书面形成分析结果并分组讨论研究
498
2. 水准仪 3. 全站仪 4. 收敛计 5. 测斜仪 6. 分层沉降仪 7. 多点位移计 8. 水位计 第二节 监测传感器 1. 钢筋计 2. 土压力计 3. 混凝土应力计 4. 孔隙水压力计 5. 混凝土应力计 6. 应变计 7. 锚杆测力计 【教学重点与难点】 地下工程监测仪器的工作原理、分类以及适用范围。 自主学习内容： 1.地下工程监测的仪器有哪几类？ 2.什么是监测传感器？ 3.监测传感器按照工作原理可分成哪几种？ 检查方式：书面形成分析结果并分组讨论研究
利用声波检测技术评估堵漏效果的研究
利用声波检测技术评估堵漏效果的研究一、声波检测技术概述声波检测技术是一种非破坏性检测方法，广泛应用于材料缺陷检测、结构健康监测等领域。
它通过发射声波并接收其反射或透过的声波信号，分析信号的变化来评估材料或结构的完整性。
本文将探讨利用声波检测技术评估堵漏效果的研究，分析其原理、应用以及研究进展。
1.1 声波检测技术的原理声波检测技术基于声波在不同介质中的传播特性。
当声波遇到材料中的缺陷或界面时，会发生反射、折射或散射，导致声波信号的幅度、相位或频率发生变化。
通过分析这些变化，可以推断出材料的内部结构和缺陷情况。
1.2 声波检测技术的应用场景声波检测技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 材料缺陷检测：检测金属、混凝土等材料中的裂纹、孔洞等缺陷。
- 结构健康监测：监测桥梁、隧道、建筑物等结构的健康状况。
- 堵漏效果评估：评估密封材料的填充效果，检测泄漏点的封堵情况。
二、声波检测技术在堵漏效果评估中的应用声波检测技术在堵漏效果评估中的应用主要体现在以下几个方面：2.1 堵漏材料的声学特性研究不同类型的堵漏材料具有不同的声学特性，如声速、衰减系数等。
研究这些特性有助于选择合适的检测频率和方法，提高检测的准确性和效率。
2.2 堵漏效果的定量评估通过分析声波在堵漏材料中的传播特性，可以定量评估堵漏效果。
例如，通过测量声波的衰减程度，可以判断堵漏材料的填充密度和均匀性。
2.3 堵漏效果的实时监测利用声波检测技术可以实现堵漏效果的实时监测。
通过连续监测声波信号的变化，可以及时发现堵漏材料的老化、脱落等问题，为维护和修复提供依据。
2.4 堵漏技术的优化声波检测技术还可以用于堵漏技术的优化。
通过分析不同堵漏方法的声学响应，可以比较它们的优缺点，指导堵漏材料和工艺的改进。
三、声波检测技术评估堵漏效果的研究进展声波检测技术评估堵漏效果的研究进展主要体现在以下几个方面：3.1 检测方法的创新研究人员不断探索新的声波检测方法，如超声导波、声发射等，以适应不同的检测需求和提高检测的灵敏度。
使用声波监测技术进行施工检测
使用声波监测技术进行施工检测声波监测技术是一种非破坏性检测方法，广泛应用于建筑施工过程中的材料、结构和设备的健康监测与评估。
通过将声波传感器放置在被检测对象上，可以实时监测声波的传播和反射情况，从而得到有关结构物状况的信息。
声波监测技术在施工过程中具有重要的价值和意义。
首先，它可以提供对结构物的即时检测，确保施工质量。
在建筑施工中，声波监测可用于检测冷缩应力、裂缝和脆性材料的脆断。
这些问题可能导致结构物的破坏和不稳定，因此及早发现并进行修复是非常重要的。
通过声波监测技术，工程师可以实时获取结构物的状况，及时采取相应的措施，确保施工质量。
其次，声波监测技术可以帮助监测施工过程中的材料和设备的健康状况。
在大型施工项目中，使用声波监测技术可以对混凝土、钢筋等材料进行质量检测。
声波监测可以检测材料中的缺陷、裂缝和空洞等问题。
对于设备方面，比如水泥搅拌机、起重机等，通过声波监测可以实时监测其运行情况，及早发现异常，避免设备故障对施工过程的影响。
除了施工过程中的监测，声波监测技术还可用于结构物的日常安全检测。
对于已经建成的建筑物或桥梁等结构物，声波监测可以定期进行，以确保其安全性和稳定性。
通过定期检测，可以实时发现结构物中的变化和问题，避免潜在的灾难性事故的发生。
同时，声波监测技术还可以在地震、风暴等自然灾害发生后进行检测，为抢修和重建提供准确的信息。
然而，声波监测技术在实际应用中也存在一些挑战和限制。
首先，由于结构物的复杂性和多变性，获取准确的监测结果是一个挑战。
不同结构物的声波传播特性和反射情况可能会有所不同，需要专业的技术和经验进行判断和分析。
其次，声波传感器的选择和放置位置也会影响监测结果的准确性。
选择合适的传感器和确定最佳的放置位置需要综合考虑结构物的特点和监测需求。
此外，声波监测技术还受到环境因素的影响，比如风、噪音等，可能会对监测结果造成一定干扰。
尽管存在一些挑战和限制，声波监测技术仍然是一种非常有价值和有效的方法，用于建筑施工过程中的检测和结构物的健康评估。
单孔物探声波检测的方法
单孔物探声波检测的方法单孔物探声波检测方法是一种常用于地下工程勘探和岩土工程领域的非破坏检测技术。
本文将讨论单孔物探声波检测的原理、设备、数据处理和应用，并对其在工程领域中的重要性和发展前景进行探讨。
一、单孔物探声波检测方法的原理单孔物探声波检测是一种基于声波传播特性的非破坏检测方法。
其原理是利用声波在地下介质中传播时的速度、衰减和反射特性，来获取地下介质的物理性质和结构信息。
声波在地下介质中传播时会受到地质岩性、孔隙度、饱和度等因素的影响，从而可以通过声波检测来获取这些地下参数的信息。
二、单孔物探声波检测的设备和操作流程单孔物探声波检测通常使用声波发射器和接收器，通过在地下选取一个孔隙较小的地方进行声波的传播和接收。
声波发射器会将声波引入地下介质，接收器则用于接收地下介质中传播的声波信号。
整个检测过程需要在地表和地下进行协调操作，以保证采集到准确的声波数据。
三、单孔物探声波检测数据处理与分析采集到的声波数据需要进行处理和分析，主要包括信号的滤波、叠加、去噪和反演等过程。
这些处理过程可以帮助提取出地下介质的速度、密度、衰减等参数，并进一步分析地下介质的结构和物性特征。
数据处理与分析是单孔物探声波检测中非常重要的步骤，它直接影响到最终获取的地下参数信息的准确性和可靠性。
四、单孔物探声波检测在工程领域中的应用与重要性单孔物探声波检测在地下工程勘探和岩土工程领域具有广泛的应用，它可以用于地质勘探、地下管线检测、水文地质勘察、地下水资源开发等方面。
通过声波检测可以获取到地下介质的详细信息，为工程设计和施工提供重要的地质数据支持。
单孔物探声波检测也可以用于检测和监测地下构造、岩层变形和地震预警等方面，对于地质灾害的预测和预防具有重要的意义。
五、单孔物探声波检测的发展前景随着工程勘探和地质灾害防治技术的不断发展，单孔物探声波检测技术也得到了更多的关注和应用。
未来，随着硬件设备和数据处理技术的不断提高，单孔物探声波检测技术将更加精准和高效，进一步扩大其在地下工程勘探和地质灾害监测领域中的应用范围。
岩土工程中超声波检测技术
岩土工程中超声波检测技术汇报人：2023-12-21•超声波检测技术概述•岩土工程中超声波检测技术应用目录•岩土工程中超声波检测技术优势与局限性•岩土工程中超声波检测技术未来发展趋势•岩土工程中超声波检测技术实际应用案例分析目录01超声波检测技术概述超声波检测技术是一种利用超声波在岩土介质中传播的特性，通过接收和分析反射回波信号，对岩土介质内部结构、性质和缺陷进行检测和评估的技术。
超声波检测技术广泛应用于岩土工程领域，包括地基基础、隧道、地下工程、边坡等。
通过接收和分析反射回波信号，可以确定岩土介质内部结构、性质和缺陷的位置、大小和形状等信息。
超声波检测技术具有非破坏性、高精度、高效率等优点，因此在岩土工程领域得到了广泛应用。
超声波在岩土介质中传播时，会受到介质内部结构、性质和缺陷的影响，产生反射、折射、散射等现象。
通过超声波检测技术可以对地基基础的密实度、均匀性、承载力等进行检测和评估。
地基基础检测在隧道施工过程中，超声波检测技术可以对隧道衬砌厚度、脱空、裂缝等进行检测和评估。
隧道检测在地下工程施工过程中，超声波检测技术可以对地下结构物内部结构、性质和缺陷进行检测和评估。
地下工程检测在边坡稳定性分析中，超声波检测技术可以对边坡内部结构、性质和缺陷进行检测和评估。
边坡检测超声波检测技术应用领域02岩土工程中超声波检测技术应用超声波检测技术可以在不损伤岩土工程结构的情况下进行检测，确保了工程的安全性和稳定性。
无损检测超声波检测技术适用于各种类型的岩土工程，包括岩石、土壤、混凝土等。
适用范围广超声波检测技术可以实时监测岩土工程的结构状态，为工程的安全性和稳定性评估提供依据。
实时监测岩土工程中超声波检测技术重要性利用超声波检测技术可以检测岩体内部的裂纹、孔洞等缺陷。
岩体内部缺陷检测土壤湿度检测混凝土结构检测通过超声波检测技术可以测量土壤中的含水量，对于土壤改良和地基处理等方面具有重要意义。
超声波检测技术可以检测混凝土结构中的钢筋位置、保护层厚度等。
波速测试
压缩波记录的长度取决于测点深度。测点越深，离 开振源越远，压缩波的记录长度就越长。图9－6 b)中 波形是在离孔口5m深处记录所得，其压缩波记录长度 要短得多。如在孔口记录，波形中就不会出现压缩波。 当测点深度大于20m或更深时，由于压缩波能量小，衰 减较快，一般放大器有时候测不到压缩波波形，记录下 来的波形图只有剪切波，这样就更容易鉴别了。
（4）计算场地土层平均剪切模量（20m内，但不超过土
层覆盖层厚dov）
G hjGj hj
（5）确定场地覆盖层厚度dov（Vsj>=500m/s）
（6）计算场地土层平均剪切波速Vsm（15m内，但不超过
覆盖层厚度dov）
Vsm
hjVsj hj
（7）计算场地的卓越周期T（覆盖层厚度dov内）
T 4 h j Vsj
应该说，激震板越长，剪切波的频率越低；压重 越重，剪切波能量越大。
2020/3/30
2．弹性波接收 波速法测试时，无论选择什么样的振源，一般都会产
生复合波，这就要求接收器既能记录到竖直振动分量，同 时又能记录到两个水平方向的振动分量，以便更好地识别 到剪切波到达的时刻。所以，一般采用三分量检波器。
根据以上推导，可得剪切波到达任意测点的走时：
ti
1 (hihi1i1hjhj-1)
cois V si
V j1
sj
i
arctand( x) hi
2020/3/30
（2）反演公式 根据正演公式变形得到：
Vsi
hi hi1
ticosi i1 hj
j1
hj-1 Vsj
2020/3/30
三、仪器设备组成
三分量检波器是由3个传感器按相互垂直的方向固定 并密封在一个无磁性的圆筒内制成的，如图9－5所示。这 种检波器自振频率较高，对方向性不敏感，即使埋置倾斜， 也能有效的进行波动测试。
土木工程中的声波检测技术研究
土木工程中的声波检测技术研究在土木工程领域，确保工程结构的质量和安全性至关重要。
声波检测技术作为一种非破坏性检测方法，凭借其独特的优势，在土木工程中得到了广泛的应用和深入的研究。
声波检测技术的基本原理是利用声波在介质中的传播特性来获取有关被检测物体的信息。
声波在不同介质中传播时，其传播速度、振幅、频率等参数会发生变化，这些变化与介质的物理性质、结构特征等密切相关。
通过对这些参数的测量和分析，可以推断出被检测物体内部的缺陷、损伤、材料性质等情况。
在土木工程中，声波检测技术主要应用于混凝土结构的检测。
混凝土是土木工程中最常用的建筑材料之一，但在施工和使用过程中，可能会出现裂缝、空洞、疏松等缺陷，影响结构的安全性和耐久性。
声波检测技术可以有效地检测这些缺陷。
例如，通过测量声波在混凝土中的传播速度，可以判断混凝土的强度和均匀性。
传播速度越快，通常表明混凝土的强度越高、均匀性越好；反之，则可能存在质量问题。
此外，声波检测技术还可以用于检测混凝土结构中的裂缝深度和位置。
当声波遇到裂缝时，会发生反射和折射，通过分析反射波和折射波的到达时间和强度，可以计算出裂缝的深度和大致位置。
对于较大的空洞或疏松区域，声波的振幅会显著降低，从而可以据此判断缺陷的存在和范围。
在桥梁工程中，声波检测技术也发挥着重要作用。
桥梁作为交通基础设施的关键组成部分，其结构的健康状况直接关系到交通安全。
利用声波检测技术，可以对桥梁的桥墩、箱梁、桥面板等关键部位进行检测，及时发现潜在的病害和损伤，为桥梁的维护和加固提供依据。
例如，通过在桥墩上布置传感器，发射和接收声波，可以检测桥墩内部的钢筋锈蚀、混凝土剥落等情况。
在岩土工程中，声波检测技术同样具有应用价值。
可以用于探测地下岩层的分布、断层的位置、岩土体的松动范围等。
在隧道工程中，声波检测可以提前预测前方地质情况，为施工安全提供保障。
然而，声波检测技术在实际应用中也面临一些挑战和限制。
首先，检测结果的准确性受到多种因素的影响，如传感器的布置位置、声波的频率选择、介质的复杂性等。
地下工程监测方法与检测技术 第9章 声波检测技术
声发射检测技术就是利用材料受力时的声发射特性，对其内部破坏状态及受 力历史进行判断的方法，它不仅能对材料内部缺陷进行检测，而且还能反映 材料内部缺陷形成、发展和失稳破坏的整个动态过程。
声发射技术在混凝土检测中主要用于裂缝的发生发展及位置的确定；在岩 体检测中，研究岩石的损伤机理和断裂特性，测定岩体地应力，检测矿井和 洞空的安全，以及预报岩爆的产生等。
单通道声发射仪：多种分析√ 声源定位× 多通道声发射仪：多种分析√ 声源定位√ (功能组合)
声发射换能器（探头）
声发射换能器一般由壳体、保护膜、 压电元件、阻尼块、连接导线和高频插 座组成。压电元件通常采用锆钛酸铅、 钛酸钡和铌酸锂等。
三、声发射技术在工程中的应用
1. 凯塞效应及应用
大理岩的kaiser效应
入信号超过该电压时，才能作为声发射事件被记录下来。显然，对声信号的
各种计数描述着重于信号出现的频率，而较少反映信号的幅度。
煤
混凝 土的 声发 射试 验结 果
二、声发射检测仪
(1) 具有高响应速度、高灵敏度、高增益、宽动态范围以及对强信号阻塞的恢复 能力； (2) 具有较宽的频响范围，有较大的频率检测窗口选择余地; (3) 具有抗干扰和排除噪声的多种功能； (4) 根据检测的目的不同，还要求检测仪器具有快速、完善的分析处理功能和不 同的显示功能。
例：某矿采用便携式地音仪进行长期试验，总结出岩体失稳的判断指标和合理的监听制
度，从连续监听5min得到的数据中，取其最大值作为岩音的频率(N). (1) N<10，稳定; (2) N=10~19，岩体处于破坏加速阶段； (3) N>20，岩体破裂加速，出现局部破坏。
监听制度
N<10，监听周期最大为1周； N=10~19，最大监听周期应小于2天; 监听周期不应超过1天。
地下工程中的声波测试技术
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整车密封
检查、校紧变速器、传动轴、驱动桥壳、传 动轴支撑等部位连接螺栓、螺母 清洁通气孔 校紧车轮及半轴的螺栓、螺母 检查轮辋及压条挡圈
检查蓄电池
检查侧防护装置及后防护装置，校紧螺栓、 螺母
检查、轮辋点各润滑
检查泄露情况
各部件连接可靠，密封良好
通气孔通畅 扭紧力符合规定 轮辋及压条挡圈无裂损及变形 液面高度符合规定，通气孔畅通，电桩、夹头清洁、 牢固，免维护蓄电池电量状况指示正常
子与转子间隙，清洁缓速器
外表，定子与转子间清洁，各插接件与接头连接可靠
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储气阀
检查储气筒
无积水及油污
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制动液
检查液面高度，视情更换
按规定的里程或时间更换制动液，液面高度符合规定
9 传动系 各连接部件
10
变速器、主减速器和差速器
11 12
车轮
螺母 轮辋及压条挡圈
13
蓄电池
14 其他 防护装置
15
全车润滑
刮水器各挡位工作正常
油（液）高度符合规定
自检正常，无制动报警灯闪亮 液面高度符合规定 行车制动，驻车制动功能正常 轮胎表面无破裂、凸起、异物刺入及异常磨 损，轮胎气压符合规定 齐全完好，无松动 前照灯完好、有效，表面清洁，远近光变换 正常 转向灯、制动灯、示廓灯、危险报警灯、雾 灯、喇叭、标志灯及反射器等完好有效，表 面清洁
装复制动鼓、轮毂、制动蹄，调整轴承松紧 度、调整制动间隙
均应涂抹润滑脂，开口销或卡簧固定可靠。制动摩擦片与制动鼓摩 擦面应清洁无油污。制动摩擦片与制动鼓配合间隙符合规定。轮毂 转动灵活且无轴向间隙。锁紧螺母、半轴螺母及车轮螺母齐全，扭
紧力矩符合规定
检查制动摩擦片和制动盘磨损量
6.2.16.2声波检测技术方法
6.2
声波测试技术的方法 5、声波测试在岩土工程中的应用
3 结构工程：
3）混凝土裂缝检测
贯穿裂隙的探测
6.2
声波测试技术的方法 5、声波测试在岩土工程中的应用
3 结构工程：
4）深孔法混凝土裂缝检测
3）岩体力学参数测定
6.2 声波测试技术的方法
1 地质工程：
4）声波测井
声波测井就是利用岩石的声学性质来研究钻井的地质剖面， 判断固井质量的一种测井方法。
6.2 声波测试技术的方法 2 岩土工程：
1）岩土体力学参数确定
6.2
声波测试技术的方法 5、声波测试在岩土工程中的应用
2 岩土工程：
TSP系列隧洞地震探测仪超前探测原理示意图
6.2 声波测试技术的方法 结构工程：
1）混凝土厚度检测
经验公式:
h kvpt
6.2 声波测试技术的方法
结构工程： 1）混凝土厚度的检测
6.2
声波测试技术的方法 5、声波测试在岩土工程中的应用
结构工程：
2）混凝土空洞检测
经验公式
R l (td )2 1 2 tc
2）桩基完整性检测
反射法
6.2 声波测试技术的方法
2岩土工程： 3）注/灌浆效果评价：声波CT • R=(VP2-VP1)/VP1*100% • 根据R 值及岩芯检验，来评价其灌浆效果。
6.2 声波测试技术的方法 岩土工程：
4）隧洞内超前探测
最大探测距离达500m， 有效探测距离150m， 最高分辨率1m。
内容提纲
1. 声波测试技术的原理 2. 声波测试技术的方法
6.2 声波测试技术的方法 4、声波探测的基本方法
换能器的布置方法：
岩土工程测试技术课件第九章
图9.7.1 HT225W全自动数字回弹仪
当回弹仪具有下列情况之一时应送检定单位检定： 1）新回弹仪使用前； 2）超过检定有效期（半年）； 3）累计弹击次数超过6000次； 4）经常规定保养后钢砧率定值不合格； 5）遭受严重撞击或其他损害。
9.2.2回弹值的测量
回弹值是采用回弹法测定结构混凝土强度的基 本推算依据，回弹值测量的是否准确，将直接影 响到推算结果。因此，只有在严格统一条件下、 统一操作的情况下测试，才会取得满意的效果。
9.1.3.2声波仪
声波仪是声波测试的主要仪器设备，它的主要部 件是发射机和接收机，目前我国已研制了多种声波探 测仪，90年代电脑化、数字化超声波检测仪器问世， 它的组成如图9.5所示，
图9.5 非金属数字化声波检测仪原理图
当今声波检测仪均已数字化，现以数字化声波检测仪的 发射接收、数据采集及信号处理过程说明声波检测的测 试原理。
和缩裂等），将会产生反射和透射，这是因为波动方 程要满足界面上质点位移连续和应力连续条件。我们 通过下图可知反射和透射的特点。
通过斯奈尔定律（亦称反射与投射定律）可知：
在桩基质量检测时，满足一个特殊的边界条件，即桩 顶锤击时，平面波垂直入射，当弹性波从桩顶向下不 传播时，碰到弹性性质突然变化的界面时，不产生波 的转换，仅有反射波和透射波的存在，而不存在反射 横波和透射横波，即 故得反射系数为： 反射系数的物理意义是弹性波垂直入射到反射界面上 后被反射回去能量的大小，说明界面上能量的分配问 题。反射系数的大小取决于上下介质的波阻抗差。波 阻抗越大，反射系数越大，反射波的振幅也越大；反 之，反射波的振幅就小，当上下介质的波阻抗相等时， 则不产生反射。
图9.2 增压式换能器的构造 1—螺栓；2—连接件；3—连接套筒；4—后法兰盘；5—接线柱；6—电极引线； 7—压电陶瓷片；8—增压管；9—玻璃钢；10—前法兰盘
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2．岩体工程灾害预报 在岩体工程施工中，经常听到岩石的声响。室内和现场研究表明，从岩石
破坏所产生的次声能发射是这些可听见声响的前兆。一般来说，发射速率的 增长超前于岩石主破裂，采用三角网法可以确定声发射源，它是根据声波传 播到几个接收站的时间差而确定的。地音检测系统就是根据上述原理研制的。
24,400×250×300,45
进行工程解释
声波接收 系统接收 经介质传 播的声波
声波记录和 分析系统
波动类型
1. 纵波（Longitudional Wave）
质点振动方向与波的传播方向一致时称 为纵波。
2. 横波（Shear Wave，简称S波，又称作Transverse wave，简称T波，也称为切变波或
剪切波）
质点振动方向与波的传播方向垂直时称为横波。
例：某矿采用便携式地音仪进行长期试验，总结出岩体失稳的判断指标和合理的监听制
度，从连续监听5min得到的数据中，取其最大值作为岩音的频率(N). (1) N<10，稳定; (2) N=10~19，岩体处于破坏加速阶段； (3) N>20，岩体破裂加速，出现局部破坏。
监听制度
N<10，监听周期最大为1周； N=10~19，最大监听周期应小于2天; 监听周期不应超过1天。
02
声发射技术
一、基本原理
材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，或材料内部缺陷及潜在 缺陷在外部条件作用下改变状态时，以弹性波形式释放出能量的现象称为声 发射。
声发射信号的强度、频率等各项特性指标等随着声发射源的类型、状态及 材料性质的不同而不同，也随着外力的作用形式及强弱的变化而变化，因此， 声发射特性是材料性质和状态的一个表征。
声发射检测技术就是利用材料受力时的声发射特性，对其内部破坏状态及受 力历史进行判断的方法，它不仅能对材料内部缺陷进行检测，而且还能反映 材料内部缺陷形成、发展和失稳破坏的整个动态过程。
声发射技术在混凝土检测中主要用于裂缝的发生发展及位置的确定；在岩 体检测中，研究岩石的损伤机理和断裂特性，测定岩体地应力，检测矿井和 洞空的安全，以及预报岩爆的产生等。
三、声波测试设备
岩体声波探测的全过程是声波发射、传播及接收显示，其相应的仪 器有发射换能器、接收换能器和声波仪。 1．声波换能器
N>20，最大
03
声波测试技术
一、基本原理
波动与振动
在空间某处发生的扰动，以一定的速度由近及远地传播，这种传播着的扰动称为波动。
波动中介质各质点并不随波前进，只是在各自的平衡位置附近往复运动。这种运动称质点
的振动（机械振动）。
声波
声波是在介质中传播的机械波，
名称 次声波
频率范围（Hz） 0~2×101
依据波动频率的不同，声波可分为
可闻声波
2×101~2×104
次声波、可闻声波、超声波、特超 声波。
超声波 特超声波
2×104~1010 >1010
声波的传播规律
声波发射 系统向被 测介质发 射声波
声波在介质(被测对象) 中传播,介质的几何特 征、内部结构、力学 性能对声波进行调制
依据声学参数和波形 的变化，对介质特性
利用凯塞效应可以估算地应力的大小：在9个方向取9组圆柱体岩样(注 意原位方向)，进行压缩试验，测出声发射突然增大的载荷，按这一载菏 计算出所取方向试样的单轴地应力，根据测得的9组单轴的应力，算出主 应力大小和主应力方向。 注意: 在正式试验前应验证不同方向取样后声发射Kaiser效应是否存在— —取2~3个试样作加载和卸载试验。
质点振动方向垂直于传播方向。 固体介质
S波、次圆长轴垂直于 传播方向,短轴平行于传播方向。
固体介质
二、声波的激发方式
声波的激发方式可以采用以下几种方法实现： （1）采用雷管或炸药爆炸激发 （2）利用锤击或机械冲击激发 （3）采用各种类型电声换能器激发 （4）利用电火花气爆激发
第9章 声波检测技术
CONTENT
1 概述 2 声发射技术 3 声波测试技术
01
概述
声波监测技术可分为声发射技术和声波测试技术。
声发射技术主要是研究岩石的损伤机理和断裂特性，测定岩体地应力的方向和大小， 检测地下空间和洞室的安全，以及预报岩爆的产生和围岩的稳定性等。
声波测试技术是利用声波在岩体内传播性能进行的一种量测方法，亦称声测法， 或弹性波法。这种方法对于预报山体压力的显现，判断地下空间岩体的完整性和破坏 程度，进行安全检查是一种切实可行的有效方法。
声发射信号是分析声发射性质和状态的基本依据，通常用压电换能器在 试件表面接收并记录这些信号，输入仪器进行分析和处理。处理和分析声发 射信号的特性参数有计数率、能量和能量率，以及频谱、波形以及多信号的 时差等。
若记录每一个声发射事件，就叫AE事件计数。单位时间AE事件计数称为
AE事件计数率，事件计数累积称AE事件总数。通常设置门槛电压，只有当输
3. 表面波（Surface Wave ）
沿介质表面传播，波动振幅随深度增加而迅速衰减的波称为表面波(R波，瑞利波)。 表面波质点振动的轨迹是椭圆形,长轴垂直于传播方向,短轴平行于传播方向。
各种类型波的比较
波类型
质点振动特点
传播介质
别名
纵波 横波
质点振动方向平行于传播方向。
固、液、气体 介质
P波、 L波、初至 波疏密波
入信号超过该电压时，才能作为声发射事件被记录下来。显然，对声信号的
各种计数描述着重于信号出现的频率，而较少反映信号的幅度。
煤
混凝 土的 声发 射试 验结 果
二、声发射检测仪
(1) 具有高响应速度、高灵敏度、高增益、宽动态范围以及对强信号阻塞的恢复 能力； (2) 具有较宽的频响范围，有较大的频率检测窗口选择余地; (3) 具有抗干扰和排除噪声的多种功能； (4) 根据检测的目的不同，还要求检测仪器具有快速、完善的分析处理功能和不 同的显示功能。
单通道声发射仪：多种分析√ 声源定位× 多通道声发射仪：多种分析√ 声源定位√ (功能组合)
声发射换能器（探头）
声发射换能器一般由壳体、保护膜、 压电元件、阻尼块、连接导线和高频插 座组成。压电元件通常采用锆钛酸铅、 钛酸钡和铌酸锂等。
三、声发射技术在工程中的应用
1. 凯塞效应及应用
大理岩的kaiser效应