[发明专利]一种复杂岩土工程介质的全波场检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种岩土工程检测，特别是复杂岩土工程介质(含空洞、裂缝、地下水、浆液等)的空间分布检测，属于岩土工程领域，具体是一种复杂岩土工程介质的全波场检测系统及方法。

背景技术

随着无损检测方法在岩土工程中的使用，岩土工程结构缺陷诊断得到了很大的发展。目前的岩土工程结构无损检测方法主要有回弹法、雷达法、冲击回波法及超声波法等。回弹法是最常用的一种无损检测方法，但回弹法只能测得结构表面的质量状况，其内部质量信息却无法得知；雷达法对结构内部缺陷可以准确定位，但受钢筋低阻屏蔽的影响较大，尤其是钢筋密度较大时难以得到钢筋背后的反射影像，而且雷达无法提供强度方面的信息；冲击回波法可测得结构内部缺陷及构件的厚度，但其纵向分辨率较低，检测精度受结构内部的钢筋和含水量影响较大；超声波对穿测试，虽然可以得到材料整体的纵波速度参数，但无法应用于地下岩土工程的检测。面波是沿介质表层传播的一种弹性波，其传播速度与材料干密度、抗压强度等具有良好的相关性。因此，用它来检测岩土工程材料的力学性能及存在的缺陷具有重要意义，在岩土工程结构无损检测的应用方面已得到了极大的重视。

全波场无损检测技术综合目前岩土工程结构无损检测方法优劣的基础上，研究数字化的全波场岩土工程结构无损检测方法，重点解决了复杂介质中的全波场传播特性及参数反演方法，建立全波场岩土工程结构无损检测系统。在此基础上运用GIS空间信息分析平台和Geo-Database空间数据库技术，探索一种基于空间分析技术的综合快速评价的方法。使我国岩土工程结构安全性评价更加科学、快速、经济、规范，提高我国岩土工程结构安全性评价水平；形成一套高精度、有效的、能辐射到公路路基、铁路轨道结构、隧道、水库大坝、大型护坡、原子能设施等大型岩土工程结构无损检测方法。本技术对建立岩土工程结构安全性评价标准，确保交通安全、有效降低风险、提高应对突发事件的能力、促进我国岩土工程安全管理水平均具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提供一种复杂岩土工程介质的全波场检测系统及方法，用于检测复杂岩土工程中注浆状态、裂隙分布、空洞分布等，该系统及方法根据冲击波在复杂岩土工程介质中传播特性的差异，通过对检测到的冲击波波形能量、卓越频谱特征、小波持时特征等分析，查明复杂介质的空间分布(注浆效果、裂隙分布、空洞分布)，简单可靠。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种复杂岩土工程介质的全波场检测系统，包括：

至少一个位于测线上的检波器，用于检测敲击介质表面时冲击点产生的冲击弹性波信号；

测量仪器，用于记录由检波器接收到的冲击弹性波信号，形成检测数据；

数据处理模块，对测量仪器得到的检测数据按检波器坐标的大小依次排列，得到一条原始的共偏移距映像剖面，对检测数据的波形进行平均振幅分布、频谱进行卓越频谱的振幅分布、时频数据、速度路径处理，把处理结果按实际位置做成平面分布图。

所述系统进一步包含用于敲击介质表面产生冲击弹性波信号的激发设备。

所述检波器采用速度型检波器，固有频率：4.0～100Hz，检测时保持检波器和地面的充分耦合。

所述检波器采用三分量速度型检波器。

检波器与地面连接的铝合金装置，面积10×10cm，由三个螺钉与地面连接。

所述测量仪器是数字地震仪。

一种复杂岩土工程介质的全波场检测方法，采用上述的系统来完成，该方法通过在岩土工程介质表面激发冲击波(P波)，然后记录其一定范围内设置的适当固有频率的三分量检波器采集的弹性波。通过分析采集到的弹性波波形能量、卓越频谱特征、小波持时特征、速度路径等变化评价复杂岩土工程介质的空间分布状态。

具体包括步骤如下：

第一，在测线上设置一组检波器，然后在检波器设定距离的地方敲击介质表面，同时用测量仪器记录由检波器接收到的冲击弹性波信号，完成了一组的数据采集；

第二，将检波器和冲击点都向前移动，再按同样的方法采集下一组数据；

重复以上第一、第二步过程直至整条测线的数据被采集完为止；

第三，将记录的弹性波信号按检波器坐标的大小依次排列，得到一条原始的共偏移距映像剖面，对检测数据的波形进行平均振幅分布、频谱进行卓越频谱的振幅分布、时频数据进行持时分布、速度路径进行面积分布或者斜率计算的处理，把处理结果按实际位置做成平面分布图。