本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用瑞利波檢測(cè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部裂縫位置的方法。

背景技術(shù)：

隨著工程建設(shè)的發(fā)展，工程地震勘探中常遇到的探測(cè)對(duì)象不再是簡(jiǎn)單的地層界面和基巖起伏的空間形態(tài),而是一些非均勻復(fù)雜形態(tài)的地質(zhì)小構(gòu)造，以往常用的基于幾何地震學(xué)上的單一震相的反射法和折射法，存在檢測(cè)面積小、檢測(cè)速度慢、受場(chǎng)地影響大等問(wèn)題，不能完全適用此類復(fù)雜構(gòu)造的勘探，無(wú)法精確地檢測(cè)出建筑結(jié)構(gòu)物中的缺陷以及地質(zhì)中復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

瑞利波勘查方法主要應(yīng)用于土木工程、地質(zhì)調(diào)查（建筑物的結(jié)構(gòu)檢測(cè)及地質(zhì)勘查）等領(lǐng)域，在地震多國(guó)日本，瑞利波勘查方法已應(yīng)用于地震區(qū)地下結(jié)構(gòu)的勘查。在城市建筑越來(lái)越多、工程技術(shù)要求不斷提高的今天，傳統(tǒng)的地球物理勘探方法越來(lái)越受到限制，瑞利波勘查方法作為一種全新的地球物理勘探方法，在物探中已顯現(xiàn)出其優(yōu)越性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法精確檢測(cè)建筑結(jié)構(gòu)物中的缺陷和地質(zhì)中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種利用瑞利波檢測(cè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部裂縫位置的方法，它能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部裂縫。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括以下步驟：

步驟1、選定結(jié)構(gòu)體的檢測(cè)區(qū)域，在結(jié)構(gòu)體表面設(shè)置瑞利波激勵(lì)源，并布置多個(gè)接收點(diǎn)；

步驟2、利用傳播時(shí)間差法對(duì)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部裂縫的水平位置進(jìn)行判斷

以靠近激勵(lì)源的一個(gè)接收點(diǎn)的入射瑞利波和反射瑞利波的傳播時(shí)間差計(jì)算該接收點(diǎn)距裂縫頂端的水平距離：

式中，V_R為瑞利波的傳播速度，t_R為入射瑞利波到達(dá)該接收點(diǎn)處的時(shí)間，t_RR為反射瑞利波到達(dá)該接收點(diǎn)處的時(shí)間；

步驟3、利用能量幅值法對(duì)裂縫位置深度和裂縫傾角進(jìn)行判斷

計(jì)算裂縫正上方接收點(diǎn)處的瑞利波幅度比值A(chǔ)I=A₁/A₀

A₁為裂縫正上方接收點(diǎn)的瑞利波幅值極大值，A₀為無(wú)裂縫結(jié)構(gòu)體對(duì)應(yīng)位置接收點(diǎn)瑞利波幅值；

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)構(gòu)體上瑞利波幅度比值A(chǔ)I與裂縫位置深度h_T的變化關(guān)系曲線，和瑞利波幅度比值A(chǔ)I與裂縫傾角α的變化關(guān)系曲線，依據(jù)計(jì)算所得的瑞利波幅度比值A(chǔ)I通過(guò)從曲線上查找對(duì)應(yīng)的裂縫位置深度h_T和裂縫傾角α。

所以本發(fā)明的技術(shù)效果是：利用瑞利波能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部裂縫。與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):1、野外檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)單便攜；2、利用人工震源；3、數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡(jiǎn)單；4、勘測(cè)成本較低；5、與少量鉆孔相結(jié)合，可高精度地確定內(nèi)部裂縫的深度及角度。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的附圖說(shuō)明如下：

圖1為激勵(lì)源與接收點(diǎn)布置示意圖；

圖2為瑞利波傳播示意圖；

圖3為一個(gè)實(shí)施例的瑞利波幅值與接收點(diǎn)的位置關(guān)系曲線；

圖4為無(wú)裂縫結(jié)構(gòu)體的瑞利波幅值與接收點(diǎn)的位置關(guān)系曲線；

圖5為AI-h_T曲線（結(jié)構(gòu)體選用混凝土材料，裂縫傾度α為90°，裂縫長(zhǎng)度為60mm）；

圖6為 AI-α曲線（結(jié)構(gòu)體選用混凝土材料，裂縫位置深度h_T為20mm，裂縫長(zhǎng)度為60mm）。

圖中：1.激勵(lì)裝置；2.結(jié)構(gòu)體表面；3.裂縫；4.結(jié)構(gòu)體；5～30.瑞利波探頭；31.入射瑞利波；32.反射瑞利波。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

本發(fā)明包括以下步驟：

步驟1、選定結(jié)構(gòu)體的檢測(cè)區(qū)域

如圖1所示，在結(jié)構(gòu)體表面施加激勵(lì)源，并在待檢結(jié)構(gòu)體表面布置24個(gè)瑞利波探頭作為接收點(diǎn)（選用加速度探頭），結(jié)構(gòu)體內(nèi)部有一裂縫， h_T為裂縫頂端到結(jié)構(gòu)體表面的距離，稱為裂縫位置深度，α為裂縫與水平方向的夾角，稱為裂縫傾角。選定一定頻率的激勵(lì)源，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)體內(nèi)部一個(gè)瑞利波長(zhǎng)深度范圍內(nèi)的裂縫位置進(jìn)行預(yù)測(cè)。

步驟2、利用傳播時(shí)間差法對(duì)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部裂縫的水平位置進(jìn)行判斷

如圖2所示，在結(jié)構(gòu)體表面施加激勵(lì)源，入射瑞利波31沿著結(jié)構(gòu)體表面呈地滾式裂縫3位置方向傳播，入射瑞利波31傳播到裂縫3表面時(shí)，一部分入射瑞利波31會(huì)經(jīng)過(guò)裂縫表面反射，獲得反射瑞利波32，沿著結(jié)構(gòu)體表面向入射瑞利波的反方向傳播。提取介于激勵(lì)源與裂縫之間的一個(gè)接收點(diǎn)（如接收點(diǎn)5）所接收到的入射瑞利波31和反射瑞利波32，應(yīng)用傳播時(shí)間差法計(jì)算該接收點(diǎn)距裂縫頂端的水平距離：

式中，V_R為瑞利波的傳播速度，其大小利用任意一個(gè)接收點(diǎn)處的瑞利波傳播時(shí)距曲線求得；t_R為入射瑞利波到達(dá)接收點(diǎn)處的時(shí)間，t_RR為反射瑞利波到達(dá)接收點(diǎn)處的時(shí)間；

步驟3、利用能量幅值法對(duì)裂縫位置深度和裂縫傾角進(jìn)行判斷

瑞利波的特點(diǎn)是能量集中于距離介質(zhì)表面一個(gè)瑞利波長(zhǎng)長(zhǎng)度范圍內(nèi)。如圖1所示，激勵(lì)源用合適的激振頻率（即瑞利波能夠檢測(cè)到內(nèi)部裂縫且精度高）在結(jié)構(gòu)體表面進(jìn)行激振，提取24個(gè)接收點(diǎn)的波形圖，作出瑞利波幅值與接收點(diǎn)的位置關(guān)系曲線，如圖3所示，可以得到：在裂縫正上方結(jié)構(gòu)體表面的接收點(diǎn)（設(shè)為接收點(diǎn)m）處，該曲線出現(xiàn)顯著的波動(dòng)，且會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瑞利波幅值極大值，用A₁表示。

為了消除結(jié)構(gòu)體材料阻尼的影響，設(shè)置對(duì)照組：

激勵(lì)源使用與含裂縫結(jié)構(gòu)體相同的激振頻率，在內(nèi)部無(wú)裂縫的結(jié)構(gòu)體表面進(jìn)行激振，提取24個(gè)接收點(diǎn)的波形圖，同樣作出瑞利波能量幅值與接收點(diǎn)的位置關(guān)系曲線，如圖4所示，提取接收點(diǎn)m處的瑞利波幅值為A₀，計(jì)算瑞利波幅度比值A(chǔ)I=A₁/A₀。

對(duì)同一種材質(zhì)的結(jié)構(gòu)體，通過(guò)改變裂縫位置深度h_T和裂縫傾角α進(jìn)行多次測(cè)試：

選取模型長(zhǎng)L=800mm，高a=200mm，裂縫的寬度為1mm，裂縫的長(zhǎng)度取為60mm，裂縫距震源的水平距離為380mm，裂縫位置深度為h_T，分別選取h_T為10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm九種計(jì)算工況進(jìn)行分析，繪制出如圖5所示的瑞利波幅度比值A(chǔ)I與裂縫位置深度h_T關(guān)系曲線，從圖5看出，瑞利波幅度比值A(chǔ)I隨裂縫位置深度h_T增加而減小；在實(shí)際工程測(cè)量中，只要確定了AI的值，就能求出h_T的值。

對(duì)于求取裂縫角度α，其方法與求h_T相同。瑞利波幅度比值A(chǔ)I與裂縫傾角α的關(guān)系曲線如圖6所示。從圖6看出，瑞利波幅度比值A(chǔ)I隨裂縫傾角α增大也減小。

根據(jù)曲線中AI與裂縫頂端深度h_T、裂縫傾角α之間的數(shù)量關(guān)系，得出h_T、α的計(jì)算公式，通過(guò)測(cè)定AI的值就可以得出h_T、α的值。