淺談混凝土裂縫檢測新技術

王選 張震 鄭浩 王梓鑒

【摘 要】 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，國家對基礎設施建設的投入力度加大，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參數(shù)以判斷裂縫對建筑物的危害程度及研究相應的補強措施，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。

【關鍵詞】 超聲波 瑞利波 裂縫檢測技術

1 研究背景

隨著科學技術的發(fā)展，一些新興的檢測技術如超聲波法、沖擊回波法、雷達法、紅外線檢測技術、聲發(fā)射檢測技術等無損檢測技術相繼應用于混凝土裂縫的無損檢測[1]。但應用超聲波來進行混凝土檢測也有其相應的缺點，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系的影響等優(yōu)點被應用到工程建設的各個領域，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，在結構混凝土缺陷探測中具有推廣應用價值[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、應用范圍廣、受場地影響小、檢測設備簡單、檢測速度快、經(jīng)濟等一系列優(yōu)點，廣泛應用于淺表層巖土工程勘察和災害地質(zhì)調(diào)查等領域。

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構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，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 結束語

瑞利面波檢測技術在混凝土裂縫檢測方法中的應用越來越廣泛了，準確的得到頻散曲線并反演出混凝土裂縫介質(zhì)可以更有效的預防裂縫的發(fā)展，提前采取相應的補救措施;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】

[1] 吳葉茂， 張宏， 石邢. 聚苯模板墻體混凝土缺陷的無損檢測方法研究[J]. 建筑技術， 2017， 48（8）.

[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。