受載巖石混凝土的聲學(xué)特性及其應(yīng)用

前言

　　超聲波測試技術(shù)是近40年來發(fā)展起來的一種新技術(shù)，目前主要通過測定超聲波穿透巖石或混凝土后的聲波波速和衰減系數(shù)了解巖體或混凝土的物理力學(xué)特性及結(jié)構(gòu)特征。與靜力學(xué)方法相比，超聲波測試技術(shù)具有簡便、快捷、可靠、經(jīng)濟(jì)及無破損等特點(diǎn)，因而這種測試技術(shù)已得到國內(nèi)外土木工程界的廣泛重視，目前已經(jīng)較成功地用于巖石混凝土動彈性參數(shù)測試、簡單巖石或混凝土結(jié)構(gòu)模型參數(shù)和巖石混凝土質(zhì)量評價等問題?！　∵^去，人們對巖石混凝土的聲學(xué)特性的理論研究主要集中在巖石混凝土不受荷載作用時的聲波傳播規(guī)律方面，目前大量的工程應(yīng)用，如巖石工程中的完整性系數(shù)、風(fēng)化系數(shù)、裂隙系數(shù)、松動層厚度確定、巖體穩(wěn)定性評價、巖體加固質(zhì)量的檢測以及凝土工程中的密實程度評價和裂縫檢測等，都是依據(jù)這一理論基礎(chǔ)。然而不論是工程巖石還是混凝土結(jié)構(gòu)在工程施工和運(yùn)營中，都是處于一定的荷載作用下，并且這些荷載可能受到各種因素影響而發(fā)生改變，此時應(yīng)用超聲波測試技術(shù)來評價巖石混凝土的工程特性就必須有相應(yīng)的理論支撐，該理論來源于對受載巖石混凝土聲學(xué)特性的研究?！　∮捎趯κ茌d巖石混凝土聲學(xué)特性的研究，有利于應(yīng)用聲波測試技術(shù)解決巖石混凝土工程中與應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)的較復(fù)雜問題，如巖石工程中各種應(yīng)力（天然應(yīng)力、圍巖應(yīng)力、支承壓力等）的測量與評價、工程巖石與混凝土的變形與強(qiáng)度預(yù)測、混凝土構(gòu)件的受力狀態(tài)與損傷評定以及邊坡錨固荷載的動態(tài)預(yù)測等，因此受載巖石混凝土聲學(xué)特性的研究成為近年來國內(nèi)外學(xué)者研究的一個熱點(diǎn)問題。目前在受載巖石混凝土聲學(xué)特性的研究方面還缺乏系統(tǒng)的研究和完善的理論，特別是對于巖石混凝土的聲學(xué)特性與應(yīng)力狀態(tài)的相關(guān)性、對于與應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的加載和卸載過程、對于聲波信號中的信息如何應(yīng)用等，還是尚未解決的問題，因而目前的聲波測試還難以解決聲波與巖石力學(xué)特性相關(guān)的較復(fù)雜問題，而這正是巖石工程中最為關(guān)心的，這就阻礙了超聲波測試技術(shù)在巖土工程領(lǐng)域的更廣泛的應(yīng)用。

內(nèi)容概要

受載巖石混凝土聲學(xué)特性是研究荷載作用下巖石和混凝土介質(zhì)中的聲波傳播特性以及聲學(xué)參數(shù)隨應(yīng)力的變化規(guī)律的課題，它涉及巖石混凝土力學(xué)、波動理論、數(shù)字信號處理、實驗力學(xué)及計算數(shù)學(xué)等方面的知識。本書是作者近10年來在受載巖石混凝土聲學(xué)特性及其應(yīng)用方面的最新研究成果總結(jié)，內(nèi)容包括緒論、固體連續(xù)介質(zhì)中的超聲波、巖石中的超聲波及其影響因素分析、巖石在受載條件下的聲學(xué)特性試驗研究、巖石聲學(xué)參數(shù)與應(yīng)力相關(guān)性理論模型研究、裂隙巖體的波動參數(shù)與應(yīng)力相關(guān)性理論模型研究、聲信號處理技術(shù)及波譜參數(shù)隨應(yīng)力的變化規(guī)律研究、混凝土在受載條件下的聲學(xué)特性試驗研究、混凝土聲學(xué)參數(shù)與應(yīng)力相關(guān)性的影響因素分析、裂隙巖體強(qiáng)度與變形參數(shù)的超聲波預(yù)測研究、高邊坡預(yù)應(yīng)力錨固荷載的超聲波測試技術(shù)研究等。    本書可供土木建筑、巖土工程、地質(zhì)工程、地球物理勘探、水利水電等專業(yè)的教師、工程技術(shù)人員、研究生及高年級本科生閱讀與參考。

書籍目錄

前言第1章　緒論　1.1　巖石及混凝土工程中的超聲波測試技術(shù)　1.2　巖石聲學(xué)特性研究現(xiàn)狀　1.3　混凝土聲學(xué)特性的研究現(xiàn)狀　1.4　受載巖石混凝土聲學(xué)特性的研究內(nèi)容　參考文獻(xiàn)第2章  固體連續(xù)介質(zhì)中的超聲波　2.1　固體連續(xù)介質(zhì)的本構(gòu)方程　2.2　連續(xù)介質(zhì)中的超聲波與彈性參數(shù)的關(guān)系　2.3　超聲波傳播過程中的能量衰減　2.4　超聲波的反射和折射　參考文獻(xiàn)第3章　巖石中的超聲波及其影響因素分析　3.1  引言　3.2　巖石介質(zhì)中的微裂隙　3.3　巖石超聲波速的影響因素分析　3.4　裂隙對超聲波傳播的影響　3.5　巖石超聲波與應(yīng)力相關(guān)性的機(jī)理分析　3.6　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第4章　巖石在受載條件下的聲學(xué)特性試驗研究  4.1　試驗系統(tǒng)及測試設(shè)備  4.2　超聲波波速與衰減系數(shù)的測定  4.3　巖石在單軸加卸荷過程中的聲學(xué)特性  4.4　巖石在三軸加卸荷過程中的聲學(xué)特性  4.5　巖石在劈裂受拉過程中的聲學(xué)特性  4.6　本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第5章　巖石聲學(xué)參數(shù)與應(yīng)力相關(guān)性理論模型研究　5.1　引言　5.2  單軸受荷條件下含微裂隙巖石的變形特性　5.3　巖石的孔隙率及其等效彈性參數(shù)　5.4　單軸受荷條件下微裂隙巖石的聲學(xué)特性　5.5　三軸受荷條件下微裂隙巖石的變形特性　5.6　三軸受荷條件下微裂隙巖石的聲學(xué)特性　5.7　理論模型與試驗結(jié)果的對比　5.8　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第6章  裂隙巖體的波動參數(shù)與應(yīng)力相關(guān)性理論模型研究　6.1  引言　6.2　裂隙巖體的地質(zhì)概化模型　6.3　裂隙巖體的等效彈性參數(shù)與波動參數(shù)研究　6.4　裂隙巖體在受荷條件下的變形特性研究　6.5　裂隙巖體在受荷條件下的波動特性的理論模型　6.6　裂隙巖體在受荷條件下的波動特性的試驗研究　6.7　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第7章  聲信號處理技術(shù)及波譜參數(shù)隨應(yīng)力的變化規(guī)律研究　7.1  引言　7.2　傅里葉變換與聲波信號處理　7.3　小波變換理論與聲波信號處理　7.4　巖石超聲波波譜參數(shù)隨應(yīng)力的變化規(guī)律　7.5　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第8章  混凝土在受載條件下的聲學(xué)特性試驗研究　8.1  引言　8.2　混凝土材料聲脈沖速度影響因素　8.3　模型試驗方案設(shè)計　8.4　受載混凝土試件的超聲波測試　8.5  混凝土材料聲學(xué)參數(shù)隨應(yīng)力的變化規(guī)律分析　8.6　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第9章　混凝土聲學(xué)參數(shù)與應(yīng)力相關(guān)性的影響因素分析第10章　裂隙巖體強(qiáng)度與變形參數(shù)的超聲波預(yù)測研究　第11章　高邊坡預(yù)應(yīng)力錨固荷載的超聲波測試技術(shù)研究　結(jié)束語

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論　　1.1 巖石及混凝土工程中的超聲波測試技術(shù)　　1.1.1　巖石工程中的超聲波測試技術(shù)　　1821年法國學(xué)者納維爾（Navier）建立的彈性固體動力平衡方程，奠定了固體內(nèi)彈性波傳播理論的基礎(chǔ)，隨后菲涅爾提出的用彈性波傳播理論中的橫波解釋光的偏振現(xiàn)象，又對彈性波理論有很大的促進(jìn)作用。1911年Love解釋了質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動平行于邊界面的Love面波，彈性波傳播的數(shù)學(xué)理論便趨完善，形成了經(jīng)典的彈性波動理淪。到第二次世界大戰(zhàn)后，隨著電子技術(shù)的長足發(fā)展，新材料的出現(xiàn)引起了工程界對非彈性體的力學(xué)理論的興趣，波動理論成為研究新材料力學(xué)特性的強(qiáng)有力的工具，人們對波動領(lǐng)域里的興趣空前增長，出現(xiàn)了許多實驗和理論上的創(chuàng)造性論文；從單層介質(zhì)發(fā)展到多層介質(zhì)，從均勻彈性介質(zhì)發(fā)展到非均勻、非完全彈性介質(zhì)，從單相介質(zhì)發(fā)展到多相介質(zhì)，從正演到反演，所解決的問題越來越符合實際，研究的程度越來越深入，手段和方法亦越來越完善”?！　〔▌永碚撛趲r石工程中的應(yīng)用，最初主要是針對工程地質(zhì)勘測中基巖面、風(fēng)化層確定，采用淺層地震勘探法；后又用于確定巖體或巖塊的動彈性參數(shù)。到20世紀(jì)60年代末，由于超聲波技術(shù)的發(fā)展，在巖石工程中形成了超聲波測試技術(shù)，與地震法相比，超聲波測試技術(shù)具有頻率高、分辨率好、振源易控制、完全無破損等優(yōu)點(diǎn)，因而受到巖石工程界的青睞，已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、水電、煤炭、交通、石油、建筑等各行業(yè)的巖石工程中?！　　?/pre>








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