一种利用瑞利波检测结构体内部裂缝位置的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用瑞利波检测结构体内部裂缝位置的方法，包括以下步骤：1、选定结构体的检测区域，在结构体表面设置瑞利波激励源，并布置多个接收点；2、以靠近激励源的一个接收点的入射瑞利波和反射瑞利波的传播时间差计算该接收点距裂缝顶端的水平距离；3、依据计算所得的瑞利波幅度比值

Method for detecting crack location in structure by Rayleigh wave

The invention discloses a method for using Rayleigh wave detecting structure internal crack position, which comprises the following steps: detecting area 1, selected structure, setting the structure in the surface Rayleigh wave excitation source, and arrangement of a plurality of receiving points; 2, close to a source of incident Rayleigh wave and receiving point the reflection of Rayleigh wave propagation time difference to calculate the horizontal distance from the crack tip receiving point; 3, based on the calculated Rayleigh wave amplitude ratio

【技术实现步骤摘要】
一种利用瑞利波检测结构体内部裂缝位置的方法
本专利技术属于无损检测
，具体涉及一种利用瑞利波检测结构体内部裂缝位置的方法。
技术介绍
随着工程建设的发展，工程地震勘探中常遇到的探测对象不再是简单的地层界面和基岩起伏的空间形态,而是一些非均匀复杂形态的地质小构造，以往常用的基于几何地震学上的单一震相的反射法和折射法，存在检测面积小、检测速度慢、受场地影响大等问题，不能完全适用此类复杂构造的勘探，无法精确地检测出建筑结构物中的缺陷以及地质中复杂结构。瑞利波勘查方法主要应用于土木工程、地质调查（建筑物的结构检测及地质勘查）等领域，在地震多国日本，瑞利波勘查方法已应用于地震区地下结构的勘查。在城市建筑越来越多、工程技术要求不断提高的今天，传统的地球物理勘探方法越来越受到限制，瑞利波勘查方法作为一种全新的地球物理勘探方法，在物探中已显现出其优越性。
技术实现思路
针对现有技术无法精确检测建筑结构物中的缺陷和地质中复杂结构的问题，本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种利用瑞利波检测结构体内部裂缝位置的方法，它能够准确地检测结构体内部裂缝。本专利技术所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：步骤1、选定结构体的检测区域，在结构体表面设置瑞利波激励源，并布置多个接收点；步骤2、利用传播时间差法对结构体内部裂缝的水平位置进行判断以靠近激励源的一个接收点的入射瑞利波和反射瑞利波的传播时间差计算该接收点距裂缝顶端的水平距离：式中，VR为瑞利波的传播速度，tR为入射瑞利波到达该接收点处的时间，tRR为反射瑞利波到达该接收点处的时间；步骤3、利用能量幅值法对裂缝位置深度和裂缝倾角进行判断计算裂缝正上方接收点处的瑞利波幅度比值AI=A1/A0A1为裂缝正上方接收点的瑞利波幅值极大值，A0为无裂缝结构体对应位置接收点瑞利波幅值；通过大量实验，得到结构体上瑞利波幅度比值AI与裂缝位置深度hT的变化关系曲线，和瑞利波幅度比值AI与裂缝倾角α的变化关系曲线，依据计算所得的瑞利波幅度比值AI通过从曲线上查找对应的裂缝位置深度hT和裂缝倾角α。所以本专利技术的技术效果是：利用瑞利波能够准确地检测结构体内部裂缝。与现有技术相比具有以下优点:1、野外检测设备简单便携；2、利用人工震源；3、数据处理相对简单；4、勘测成本较低；5、与少量钻孔相结合，可高精度地确定内部裂缝的深度及角度。附图说明本专利技术的附图说明如下：图1为激励源与接收点布置示意图；图2为瑞利波传播示意图；图3为一个实施例的瑞利波幅值与接收点的位置关系曲线；图4为无裂缝结构体的瑞利波幅值与接收点的位置关系曲线；图5为AI-hT曲线（结构体选用混凝土材料，裂缝倾度α为90°，裂缝长度为60mm）；图6为AI-α曲线（结构体选用混凝土材料，裂缝位置深度hT为20mm，裂缝长度为60mm）。图中：1.激励装置；2.结构体表面；3.裂缝；4.结构体；5～30.瑞利波探头；31.入射瑞利波；32.反射瑞利波。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：本专利技术包括以下步骤：步骤1、选定结构体的检测区域如图1所示，在结构体表面施加激励源，并在待检结构体表面布置24个瑞利波探头作为接收点（选用加速度探头），结构体内部有一裂缝，hT为裂缝顶端到结构体表面的距离，称为裂缝位置深度，α为裂缝与水平方向的夹角，称为裂缝倾角。选定一定频率的激励源，能够对结构体内部一个瑞利波长深度范围内的裂缝位置进行预测。步骤2、利用传播时间差法对结构体内部裂缝的水平位置进行判断如图2所示，在结构体表面施加激励源，入射瑞利波31沿着结构体表面呈地滚式裂缝3位置方向传播，入射瑞利波31传播到裂缝3表面时，一部分入射瑞利波31会经过裂缝表面反射，获得反射瑞利波32，沿着结构体表面向入射瑞利波的反方向传播。提取介于激励源与裂缝之间的一个接收点（如接收点5）所接收到的入射瑞利波31和反射瑞利波32，应用传播时间差法计算该接收点距裂缝顶端的水平距离：式中，VR为瑞利波的传播速度，其大小利用任意一个接收点处的瑞利波传播时距曲线求得；tR为入射瑞利波到达接收点处的时间，tRR为反射瑞利波到达接收点处的时间；步骤3、利用能量幅值法对裂缝位置深度和裂缝倾角进行判断瑞利波的特点是能量集中于距离介质表面一个瑞利波长长度范围内。如图1所示，激励源用合适的激振频率（即瑞利波能够检测到内部裂缝且精度高）在结构体表面进行激振，提取24个接收点的波形图，作出瑞利波幅值与接收点的位置关系曲线，如图3所示，可以得到：在裂缝正上方结构体表面的接收点（设为接收点m）处，该曲线出现显著的波动，且会出现一个瑞利波幅值极大值，用A1表示。为了消除结构体材料阻尼的影响，设置对照组：激励源使用与含裂缝结构体相同的激振频率，在内部无裂缝的结构体表面进行激振，提取24个接收点的波形图，同样作出瑞利波能量幅值与接收点的位置关系曲线，如图4所示，提取接收点m处的瑞利波幅值为A0，计算瑞利波幅度比值AI=A1/A0。对同一种材质的结构体，通过改变裂缝位置深度hT和裂缝倾角α进行多次测试：选取模型长L=800mm，高a=200mm，裂缝的宽度为1mm，裂缝的长度取为60mm，裂缝距震源的水平距离为380mm，裂缝位置深度为hT，分别选取hT为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm九种计算工况进行分析，绘制出如图5所示的瑞利波幅度比值AI与裂缝位置深度hT关系曲线，从图5看出，瑞利波幅度比值AI随裂缝位置深度hT增加而减小；在实际工程测量中，只要确定了AI的值，就能求出hT的值。对于求取裂缝角度α，其方法与求hT相同。瑞利波幅度比值AI与裂缝倾角α的关系曲线如图6所示。从图6看出，瑞利波幅度比值AI随裂缝倾角α增大也减小。根据曲线中AI与裂缝顶端深度hT、裂缝倾角α之间的数量关系，得出hT、α的计算公式，通过测定AI的值就可以得出hT、α的值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用瑞利波检测结构体内部裂缝位置的方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、选定结构体的检测区域，在结构体表面设置瑞利波激励源，并布置多个接收点；步骤2、利用传播时间差法对结构体内部裂缝的水平位置进行判断以靠近激励源的一个接收点的入射瑞利波和反射瑞利波的传播时间差计算该接收点距裂缝顶端的水平距离

【技术特征摘要】
1.一种利用瑞利波检测结构体内部裂缝位置的方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、选定结构体的检测区域，在结构体表面设置瑞利波激励源，并布置多个接收点；步骤2、利用传播时间差法对结构体内部裂缝的水平位置进行判断以靠近激励源的一个接收点的入射瑞利波和反射瑞利波的传播时间差计算该接收点距裂缝顶端的水平距离：式中，VR为瑞利波的传播速度，tR为入射瑞利波到达该接收点处的时间，tRR为反射瑞利波到达该接收点处的时...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑睿楠，程浩，寿云东，李金鑫，
申请(专利权)人：重庆市第一中学校，重庆大学，岑睿楠，程浩，寿云东，李金鑫，
类型：发明
国别省市：重庆,50