軸壓下凍土的超聲波波速測試方法
2023-07-12 04:22:31 1
軸壓下凍土的超聲波波速測試方法
【專利摘要】本發明公開一種軸壓下凍土的超聲波波速測試方法，其步驟是：凍土試樣的製作；試驗設備的準備；進行軸壓下凍土試樣超聲波波速測試；分析軸壓下凍土試樣波速的變化情況。本發明提出了軸壓下凍土的超聲波波速測試方法，探明了凍土加載過程中損傷特性，凍土在加載過程中聲波傳播特性表現出來的變化特徵對國家在高寒凍土工程內部裂隙動態變化預測和穩定性的評價都具有重要的指導意義。
【專利說明】軸壓下凍土的超聲波波速測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種凍土在單軸加壓情況下超聲波波速的測試方法。
【背景技術】
[0002]凍土在全世界有著廣泛的分布，我國是繼俄羅斯，加拿大的第三凍土大國，多年凍土分布面積約佔我國國土面積的22.3%。這些區域蘊含豐富的礦藏、淡水、野生動植物等資源，它的存在及其演變對人類生存環境與生產生活方式、人類社會的可持續發展都具有重要影響。隨著青藏公路與青藏鐵路的相繼貫通，寒區開發不斷加快，青藏地區還廣泛分布有輸電線路樁基礎，電線塔等工程。這些工程所在的區域地質複雜，不良凍土廣泛分布。工程的穩定性與凍土息息相關，對凍土強度以及凍土損傷的深入研究顯得越來越重要。其中，凍土損傷特性的研究是解決凍土破壞強度與凍土體穩定性問題的理論基礎。因此，對凍土損傷特性的研究分析顯得尤為重要。
[0003]凍土是由礦物顆粒、冰、未凍水和氣體等組成的多成分和多相體系。對凍土施加壓力後，在土體內會產生裂紋、微裂隙，隨著荷載的增大，最終導致土體的破壞。這一過程，可以看作是凍土體內部損傷的產生和發展過程。對於凍土損傷的分析，除了確定損傷的類型之外，損傷的定量識別以及損傷隨著外部荷載施加的發展變化即損傷的演化過程是非常重要的。目前分析損傷的方法有變形模量法、密度變化測量方法、電阻阻值變化法、超聲波法等。其中，變形模量法和密度變化測量方法在測試過程中會對試樣造成一定的破壞。電阻率變化法雖然不會對試樣造成破壞，但是對某些絕緣材料卻不適應。超聲波法是一種利用超聲波在不同介質中的傳播速度來測試試樣的物理特性，是一種無損檢測法，應用廣泛。鑑於此，我們應用超聲波法對凍土損傷演化進行分析，尋求更有效的參量來表徵凍土的損傷規律。
【發明內容】
[0004]在超聲波波速檢測中，當超聲波在試樣中傳播的過程中遇到裂紋、微裂隙和障礙物時將發生反射、繞射和散射，超聲波波形振幅將減小，振動頻率以及波速也將大大減小。因此，超聲波振幅、波速等的相對變化反映了試樣在加壓過程中內部結構的變化情況。凍土試樣的損傷問題可通過聲波波速的變化，振幅等的變化體現出來。鑑於上述，本發明的目的旨在提供一種軸壓下凍土超聲波波速的測試方法，利用單軸加壓裝置和與承壓的發射換能器和接收換能器連接的超聲波檢測儀來測試凍土在加壓過程中波速的變化。用所測凍土超聲波波速的變化情況來分析加壓過程中凍土的損傷情況。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
一種軸壓下凍土的超聲波波速測試方法，包括以下步驟: a:選擇土體或巖體作為試驗材料，試樣按規範的要求製作；
b:將製作好的試樣裝入模具中，然後放入溫度-20°C的恆溫箱中凍結，24小時後將試樣取出脫模；用橡膠套包裹脫模的試樣，將包裹的試樣放入可調溫恆溫箱中，恆溫24小時使試樣溫度達到試驗負溫值；將可調溫恆溫箱放入單軸加壓裝置中，通過可調溫恆溫箱使單軸加壓裝置的環境溫度達到試驗負溫值；
C:將裝有試樣的發射換能器、接收換能器豎直放置於單軸加壓裝置中；試樣居於發射換能器和接收換能器之間，將凡士林均勻塗抹在試樣與發射換能器及接收換能器的接觸面；待測試樣安裝好後，將發射換能器上方的壓力及位移傳感器調零；
d:啟動單軸加壓裝置，單軸加壓裝置勻速加載，單軸加壓裝置中的壓力及位移傳感器將加載過程中試樣所受的壓力大小、試樣下降的位移以及加載直至破壞的時間傳輸給數據米集儀；
e:同時啟動與承壓的發射換能器和接收換能器連接的超聲波檢測儀，超聲波檢測儀產生重複的電脈衝並激勵發射換能器；發射換能器發射的超聲波經耦合進入被測試樣，在試樣中傳播後被接收轉換器接收並轉換為電信號；電信號送至超聲波檢測儀，超聲波檢測儀繪製並記錄下波形；通過超聲波檢測儀採集得到超聲波在試樣中的總走時?，同時精確測量超聲波通過兩個換能器保護殼的走時則通過試樣的走時為單軸加壓裝置的數據採集儀記錄試樣的初始長度L，同時記錄試樣加壓下降過程中的位移ΛΖ，則可通過公式
【權利要求】
1.一種軸壓下凍土的超聲波波速測試方法，包含以下步驟:a:選擇土體或巖體作為試驗材料，試樣(9)按規範的要求製作；b:將製作好的試樣(9)裝入模具中，然後放入溫度-20°C的恆溫箱中凍結，24小時後將試樣(9)取出脫模；用橡膠套包裹脫模的試樣(9)，將包裹的試樣(9)放入可調溫恆溫箱(11)中，恆溫24小時使試樣(9)溫度達到試驗負溫值；將可調溫恆溫箱(11)放入單軸加壓裝置(12)中，通過可調溫恆溫箱(11)使單軸加壓裝置(12)的環境溫度達到試驗負溫值；c:將裝有試樣(9)的發射換能器(7)、接收換能器(10)豎直放置於單軸加壓裝置(12)中；試樣(9)居於發射換能器(7)和接收換能器(10)之間，將凡士林均勻塗抹在試樣(9)與發射換能器(7)及接收換能器(10)的接觸面；待測試樣(9)安裝好後，將發射換能器(7)上方的壓力及位移傳感器(5)調零； d:啟動單軸加壓裝置(12)，單軸加壓裝置(12)勻速加載，單軸加壓裝置(12)中的壓力及位移傳感器(5)將加載過程中試樣(9)所受的壓力大小、試樣(9)下降的位移以及加載直至破壞的時間傳輸給數據採集儀(3)； e:同時啟動與承壓的發射換能器(7)和接收換能器(10)連接的超聲波檢測儀(2)，超聲波檢測儀(2)產生重複的電脈衝並激勵發射換能器(7);發射換能器(7)發射的超聲波經耦合進入被測試樣(9)，在試樣(9)中傳播後被接收轉換器(10)接收並轉換為電信號；電信號送至超聲波檢測儀(2)，超聲波檢測儀(2)繪製並記錄下波形；通過超聲波檢測儀(2)採集得到超聲波在試樣(9)中的總走時t,同時精確測量超聲波通過兩個換能器保護殼(8)的走時?,，則通過試樣(9)的走時為單軸加壓裝置(12)的數據採集儀(3)記錄試樣(9)的初始長度L，同時 記錄試樣(9)加壓下降過程中的位移ΛΖ，則可通過公式
【文檔編號】G01N29/07GK103901107SQ201410154924
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】黃星, 李東慶, 明鋒, 邴慧, 杜玉霞, 彭萬巍 申請人:中國科學院寒區旱區環境與工程研究所