高速鐵路線下結構病害全波場無損檢測方法研究.pdf

1、近些年來我國高速鐵路建設規(guī)模逐步加大的同時，也漸漸走向了國際舞臺。然而隨著運營時間的增長和運營里程的加大，高鐵線下結構出現(xiàn)了貫穿裂縫、層間離析、脫空汲水等病害現(xiàn)象。如何能快速準確的檢測到多層線下結構的層間病害將會成為當前土木工程中亟待解決的課題。針對高鐵線下結構的特點以及現(xiàn)有的層間病害的形式，本文基于彈性波在多層介質中的傳播理論結合多波多分量地震勘探技術提出了全波場無損檢測方法。該方法是以電子技術、計算技術和圖像處理技術的最新發(fā)展成果為

2、基礎研發(fā)的全新檢測手法。與傳統(tǒng)的彈性波法和超聲波法在數(shù)據(jù)采集、分析方法和檢測精度上都有著很大的不同。
　　首先詳細分析了高鐵線下結構特點以及線下結構存在的病害類型及成因，在此基礎上建立了三維有限元數(shù)值模型?；谌S彈性波動方程，分析了彈性波在多層狀介質中的傳播特性以及薄層干涉效應。尤其是介質參數(shù)對結構內部波動場的影響，以及其對介質表面的投影的影響，包括介質表面的響應能量及卓越特性。結果表明，多層介質內部存在薄弱層時，結構內部波動場

3、由于層間阻抗，出現(xiàn)軟脫層上部的強反射以及軟弱層下部的能量衰減。其表層投影表現(xiàn)為響應能量的增大及卓越特性的放大。針對高鐵線下結構的三維幾何特點，分析了幾何邊界對波場的影響以及表層響應特性的影響，評價了幾何邊界的影響范圍。
　　基于有限元數(shù)值模擬的結果，提出了全波場無損檢測方法，建立了全波場無損檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種單點激發(fā)、多點接受的全方位成像技術。由各種沖擊錘進行不同頻域的震源激發(fā)、一系列的三分量檢波器以及其陣列組合進行數(shù)據(jù)采集，

4、記錄介質表面的波動場的大小和方向。通過復雜的數(shù)學分析，包括響應能量分析方法與卓越頻譜特性方法，由波動場數(shù)據(jù)構建介質內部結構的3維圖像和物性分布。詳細介紹了數(shù)據(jù)采集方式、數(shù)據(jù)分析方法以及缺陷評價方法。
　　為驗證全波場無損檢測方法在高速鐵路線下結構病害檢測中的有效性，開展了預設缺陷的1:1比例尺高鐵模型試驗研究。采用點激發(fā)點接收的采集方式，網(wǎng)格狀采集結構表面的三方向波場信息，通過對采集的全波場數(shù)據(jù)進行分析處理，評價了預設缺陷的位置及