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管波在基桩完整性检测中的应用研究

管波在基桩完整性检测中的应用研究

  • 分类:技术交流
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  • 来源:
  • 发布时间:2018-09-05
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【概要描述】管波最早的发现与应用是在声波测井领域,是在管内流体中传播的声波。有些声波测井资料文献将“管波”称为“斯通利波”。

管波在基桩完整性检测中的应用研究

【概要描述】管波最早的发现与应用是在声波测井领域,是在管内流体中传播的声波。有些声波测井资料文献将“管波”称为“斯通利波”。

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                               ——转载自任春山、杨怀玉、王闯(铁道第三勘察设计院集团有限公司)

 

一、管波的概念

管波最早的发现与应用是在声波测井领域,是在管内流体中传播的声波。有些声波测井资料文献将“管波”称为“斯通利波”。其是在声波全波列中的一种瑞雷波。其特征是频率低〔3~5kHz、能量强、幅值大、衰减慢、传播速度慢〔相速度和群速度接近孔中流体介质速度的0.9倍)且与孔周围岩土层的剪切波速度密切相关、频散特性不明显等,在弹性介质中其幅值不随距离增大而衰减。在全波列声波测井记录时窗内所有的波列信号包括:纵波、横波和斯通利波(如图1所 示)等多种成分的速度、幅度、频率等信息。

管波在基桩完整性检测中的应用研究

二、身中管波的传播特性研究

1、管波的产生条件与传播

管波是在尺寸有限的管内流体中产生的一种致导波,产生的条件是管内为有限尺寸,即管径小于管内液体纵波的波长,如果管内液体的纵波速度为1500m/s, 管径为40mm。管波的速度还取决于管壁固体介质的弹性力学性质,尤其是与管壁上横波传播有关的性质。

管波速度与管壁介质横波速度、管内流体纵波速度的关系式为:

 

管波在基桩完整性检测中的应用研究

管波在基桩完整性检测中的应用研究

对管波的表述概括为以下三点:一是在尺寸有限的管内流体中产生的声波导只是在某些特定的低频时被激发(离散模式波〕,而且有频散;二是波的幅度与速度是“对偶”的^即幅度增加的同时其速度减小,反之亦然,管波的速度以管内流体的纵波速度为上限值;三是管波幅度的基本变化规律是随管径的减小而变大、随管壁介质(地层或混凝土)的横波速度的降低而增大、沿管轴方向传播不发生几何扩展。

管波的幅值是随距管壁的距离增加而减小的,其质点运动轨迹为椭圆,其长轴方向与管轴平行,短轴方 向与管壁法线方向一致。在贴近管壁时,椭圆的短轴 最长,椭圆的面积也最大,表示管波的幅度(能量〕也最大,其速度也最慢;离开管壁移向管轴时,短轴逐渐缩短,椭圆的面积逐渐减小,表示管波的幅度(能量〕逐渐减小,其速度亦略有增加;在管轴方向上,短轴缩短为零,椭圆退化为直线(长轴〕,管波“退化”为流体中的纵波。管波沿管壁进行轴向传播,在管壁固体介质中从管壁向外呈指数衰减^在一个波长的范围均存 在管波,如图2所示。

管波在基桩完整性检测中的应用研究

图2管波传播过程中质点运动轨迹图

2、桩身中管波的传播特

竖向透射法检测与声波透射法检测类似,一般采用钢管作为电火花震源探头和声波探头的移动通道,钢管(即声测管)内径一般为30~50mm,要求顺直通畅,检测时须灌满清水。水的纵波速度为1500m/s,电火花震源的激振主频率为1~5kHz出,则声测管内水。

三、桩身完整性特征分析

基桩桩身完整性检测中,在预埋管内灌满清水,管波的传播主要取决于管壁桩身混凝土介质的弹性力学性质,尤其是与桩身混凝土介质的剪切特性有关,在桩身混凝土波阻抗变化界面处,管波同样会产生反射与透射。

竖向透射法检测是在管内不同深度按一定的间距逐点进行激振,通过安装在桩顶的接收传感器接收来自不同深度激发的沿桩身传播至桩顶的纵波信号和沿管壁附近介质传播的管波信号。由激振点沿桩身传播的直达纵波在遇到混凝土缺陷时会携带因缺陷引起的波速下降、波幅衰减、频率改变等弹性波特征信息;管 波在传播过程中遇到混凝土缺陷时发生反射与透射,其中透射波在通过缺陷后发生波形转换,转换为沿桩身传播的纵波;管波在桩端形成反射波和波形转换的沿桩身向上传播的纵波。桩顶传感器接收来自桩身的—系列信号,组合形成反映桩身混凝土质量的波列图(如图4所示〕,不同的波列图同相轴影像特征反映了桩身混凝土完整性质量(如图5所示)。

 

管波在基桩完整性检测中的应用研究

管波在基桩完整性检测中的应用研究

1、完整桩特征

—是,上行直达纵波(初至波)波列与下行管波至桩端波形转换后沿桩身向上传播至桩顶的纵波波列呈 不对称的“V”字形;

二是,上行管波波列与下行管波至桩端反射的上行管波波列呈现对称的“V”字形;

三是,完整桩的波形序列图中没有其他波列出现,波形序列图规则、完整。

2、缺陷桩特征:

一是,缺陷之上各个激振点的下行管波在缺陷(造成波阻抗变化)处产生反射管波形成的波列狀与缺陷以下各激振点的上行管波在通过缺陷透射后转换 为沿缺陷以上桩身向上传播的纵波波列仰呈现斜倒“X”字形;

二是,缺陷以下各激振点的上行管波在通过缺陷透射后转换为沿缺陷以上桩身向上传播的纵波波列仰与各激振点的下行管波的桩端反射管波通过缺陷透射后转换为沿缺陷以上桩身向上传播的纵波波列,呈不对称的“V”字形;

三是,多缺陷桩会形成多个“X”字形同相轴影像;

四是,通过管波上下行波的声时差结合管波视速度可以推算桩长。

                                                

总工办

2018.08.28

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