高速鐵路線下結(jié)構(gòu)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(shè)規(guī)模逐步加大的同時(shí)，也漸漸走向了國際舞臺。然而隨著運(yùn)營時(shí)間的增長和運(yùn)營里程的加大，高鐵線下結(jié)構(gòu)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(zhǔn)確的檢測到多層線下結(jié)構(gòu)的層間病害將會成為當(dāng)前土木工程中亟待解決的課題。針對高鐵線下結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(zhì)中的傳播理論結(jié)合多波多分量地震勘探技術(shù)提出了全波場無損檢測方法。該方法是以電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和圖像處理技術(shù)的最新發(fā)展成果為

2、基礎(chǔ)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(xì)分析了高鐵線下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及線下結(jié)構(gòu)存在的病害類型及成因，在此基礎(chǔ)上建立了三維有限元數(shù)值模型。基于三維彈性波動(dòng)方程，分析了彈性波在多層狀介質(zhì)中的傳播特性以及薄層干涉效應(yīng)。尤其是介質(zhì)參數(shù)對結(jié)構(gòu)內(nèi)部波動(dòng)場的影響，以及其對介質(zhì)表面的投影的影響，包括介質(zhì)表面的響應(yīng)能量及卓越特性。結(jié)果表明，多層介質(zhì)內(nèi)部存在薄弱層時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部波動(dòng)場

3、由于層間阻抗，出現(xiàn)軟脫層上部的強(qiáng)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(yīng)能量的增大及卓越特性的放大。針對高鐵線下結(jié)構(gòu)的三維幾何特點(diǎn)，分析了幾何邊界對波場的影響以及表層響應(yīng)特性的影響，評價(jià)了幾何邊界的影響范圍。
　　基于有限元數(shù)值模擬的結(jié)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(diǎn)激發(fā)、多點(diǎn)接受的全方位成像技術(shù)。由各種沖擊錘進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集，

4、記錄介質(zhì)表面的波動(dòng)場的大小和方向。通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析，包括響應(yīng)能量分析方法與卓越頻譜特性方法，由波動(dòng)場數(shù)據(jù)構(gòu)建介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的3維圖像和物性分布。詳細(xì)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(jià)方法。
　　為驗(yàn)證全波場無損檢測方法在高速鐵路線下結(jié)構(gòu)病害檢測中的有效性，開展了預(yù)設(shè)缺陷的1:1比例尺高鐵模型試驗(yàn)研究。采用點(diǎn)激發(fā)點(diǎn)接收的采集方式，網(wǎng)格狀采集結(jié)構(gòu)表面的三方向波場信息，通過對采集的全波場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，評價(jià)了預(yù)設(shè)缺陷的位置及