应力波在水工混凝土结构检测中的应用.pdf

2 0 1 5年第 3期 应力波在水工混凝土结构检测中的应用 张 挺 ( 福建省水利水电科学研 究院，福建 福州 I 3 5 0 0 0 1 ) 摘要 ：该文介绍水利部 9 4 8项 目 “ 水工混凝土结构无损检测平 台” 的模块组成 、应用情况和技 术特点，阐述分析该 系统的测试功能在各种类型水工混凝土结构检测 中的应用。砌石拱坝、溢 洪道、水闸等水工构筑物检测应用表明 ，该平台探测效率和精度 高，数据后 处理简便 ，交互性 强。引进该平台对推动我省水工混凝土结构的无损检测技术发展具有重要意义。 关键词 ：应力波 ；水工混凝土结构；无损检测 中图分类号 ： ： T V 5 4 4 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 23 0 1 1 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 0 7 0 3 引言 受濒水特性 、检测面制约等不利 因素影响 ，传 统的无损检测手段如超声法等无法对水利工程进行 有效测试 。大坝等大体积水工结构检测常见的钻探 作业费工费时，且对结构造成局部损伤 ，不适合大 量使用。既有的技术手段难 以对水工构筑物的质量 状况进行准确 、全面的检测评估。 主动式应力波作为一种新 型混凝土无 损检测技 术 ，对大 中型混凝 土构件 的形体尺寸 、内部缺陷等 具有 良好的检测效果 。依托水利部 9 4 8项 目 ( 编号 2 0 1 3 1 7 ) ，我院 2 0 1 4年引进一套美 国 O L S O N公司的 “ 水工混凝土结构无损检测平台” 。系统针对水工 闸 坝及其枢纽工程等不 同构筑物特点，采用 一种或多 种综合 的检测手段 ，实现在役工程运行期 问的安全 检测和新建工程的质量控制 ；采用模块化设计 ，通 过功能单元切换 ，不同的混凝土结构可以选择适用 的检测方法 ；针对水工大坝特点 ，集成了利用声波 脉冲原理开发的坝体层析成像 测试 系统 ，可在水库 不降低库水的条件下实现水库大坝坝体内部薄弱 区 域 的隐患探测 ，为水库大坝除 险加 固和安 全鉴定提 供 了全新的、先进的检测和评估手段。 1 应力波技术 应力波法通过 敲击混凝土表面 ，在其 内部产生 三种形 式应 力波 ，即 P波 ( 纵 波 ) 、S波( 横波 ) 和 R波 ( 瑞利波) ，详见图 1 ；应力波在混凝土 中传 播过程中，于不 同声阻抗介质面上会产生多次反射 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 9 2 4 图 1 应力波的三种形式 幅值 Di s p l a c e me nt l P w a v e l m 。 - f R 一 、v 。 “ I mp a c t n i q i e r Ti me | I l 图 2应 力波 时域 与频域 的互换 并产生共振，利用速度 ( 或加速度)传感器接收其 波形信号 ；通过快速傅立叶变换 ( F F rI 1 ) ，在频谱 图 中拾取 目标结构 的特征主频 ( 见图 2 ) ，对混凝土内 部状况进行评估 。 本次引进的水工混凝土结构无损检测平 台由信 号采集处理系统 ( 主机 )与扫描式冲击 回波 、表面 波、薄板冲击 瞬态响应 和大坝声波成像 系统组成 ， 见 图 3 。 7 2 0 1 5年第 3期 G I S 在水库溃坝直接经济损失评估中的作用研究 曲丽英 ( 福建省水利水电科学研 究院，福建 福 州3 5 0 0 0 1 ) 摘要：该文将 G I S技术应用于水库溃坝经济损失评估中，分析 了其在溃坝淹没 区的空间分析作 用和经济指标的空间展布作用。以福州市登云水库为例 ，计算分析 了水库渍坝对下游福州市区 的直接经济损失。该方法可为防汛减灾应急决策提供重要依据。 关键词 ：溃坝；G I S ；直接 经济损失评估 ；登云水库 中图分类号 ： T V 1 2 2 4 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 2 3 0 1 1 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 1 0 0 3 引言 溃坝的经济损失较复杂 ，常规的做法是获取淹 没区域内各个种类 的承灾体的数据资料 ，利用这些 数据资料得到承灾体 的空间分布状况。这一步骤工 作量较大，传统的计算过程多是利用实地考察等手 段获取空 间分布状况。由于 G I S技术及 R S技术的 快速发展，利用它们的空间信息获取及分析功能， 在获取社会经济财产数据的空间分布上可 以提高工 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 61 9 作效率 ，有利于溃坝经济损失的快速计算和方法推 广。因此 ，经对溃坝损失评估过程和福建省省情 的 实际分析 ，本文探讨如何将 G I S技术深入地应用于 溃坝直接经济损失评估过程中。 1 溃坝经济损失国内外研究进展 目前常用的方法均把溃坝经济损失分为直接经 济损失和间接经济损失。 溃坝直接经济损失评估模型主要有三种 ：财产 损失率评估法 、面上综合损失估算方法和分类洪水 损失估算方法。其中分类洪水损失估算方法可 以考 石 ； ； ； 石 ； 石 ； 石 石 石 ( 2 )表 面波频谱分析测试 系统 ( S A S W S A) 利用表面瑞利波的色散特性 ，确定随深度变化 的各 分层结构的剪切波波速剖面图，计算剪切模量和杨 氏模量 ，评估结构的内部分层情况及 内在缺陷类型， 适用于混凝土结 构 的材料特性 、分层、溶蚀破坏 、 碳化程度 、裂缝深度及裂缝处理效果等测试 。通过 调整接收传感器的间距 ，有效测试深度可达 3 6 m； 对路面结构或混凝土衬砌厚度和刚度 的测量精度在 5 以 内。 ( 3 )薄板冲击瞬态响应测试 系统 ( S I R一2 )利 用薄板结构对冲击产生的机械阻抗变化判断分层结 构结合强度及底部支撑强度 ，适用于溢洪道板等较 大混凝土板件下部分层和空洞 区域定位 、隧洞衬砌 板支撑条件及前后加 固层之间结合紧密情况 、隧洞 的衬砌与围岩结合情况 的测试 。该系统理想的测试 厚度在 0 6 m以内。 ( 4 )大坝声波成像 系统 ( A T )采用高稳定性 、 1 0 高精度的水听器组合单元 ，可在水环境下对不 同深 度的坝段进行切片式 内部质量层析扫查 ，无需排空 库水 ，为浆砌石坝 、混凝土坝等水库大坝的除险加 固和安全鉴定提供了全新的检测和评估手段 。 4 结语 水工混凝土结构无损检测平 台具有检测效率和 精度高、数据后处理简便 和交互性强等优点 ，拥有 潮湿环境 、单测试 面、大体积条件下 的检测优 势。 系统针对水工闸坝及其枢纽等不 同结构特点 ，采用 一 组或多种综合 的检测手段 ，实现在役工程运行期 间的安全检测和新建工程的质量控制 ，对我省大坝、 水闸、堤防、隧洞等水利工程质量检测和安全评估 具有重要意义。 基金项 目：水利部 “ 9 4 8 ” 基金 资助项 目 ( 编 号 2 0 1 3 1 7 ) 作者 简介 ：张挺( 1 9 7 6一) ，男，福建 福州人， 高级工程师，从事水利工程检测工作。