浅谈混凝土裂缝检测新技术

王选 张震 郑浩 王梓鉴

【摘 要】 随着我国经济的快速发展，国家对基础设施建设的投入力度加大，各类大型工程建筑不断涌现，由于现代工程建筑的主要材料是钢筋混凝土，而混凝土由于受到各种内部或外部作用的影响而产生裂缝，进而影响混凝土的质量，对建筑物会造成很大的危害。因此必须对这些裂缝进行检测，掌握裂缝状况及有关参数以判断裂缝对建筑物的危害程度及研究相应的补强措施，这对加强混凝土裂缝的检测工作具有重大意义。本文简述了并对新的裂缝无损检测方法—瑞利波法进行了进一步的探究。

【关键词】 超声波 瑞利波 裂缝检测技术

1 研究背景

随着科学技术的发展，一些新兴的检测技术如超声波法、冲击回波法、雷达法、红外线检测技术、声发射检测技术等无损检测技术相继应用于混凝土裂缝的无损检测[1]。但应用超声波来进行混凝土检测也有其相应的缺点，首先超声波绕射法不能检测深层裂缝，因裂缝较深时，该法收不到真正的首波信号;其次若裂缝中充水，则超声纵波可直接穿过裂缝，与绕射信号相混，增加判断的困难;超声波仅适用于无钢筋或少钢筋混凝土情况。近年来，瑞利面波法凭借其检测仪器轻便、快速、費用低、分辨率高、不受施工场地限制、不受各个地层速度关系的影响等优点被应用到工程建设的各个领域，研究发现面波在裂缝检测中具有快速、抗干扰能力强，被探测介质表面无破损等优点，在结构混凝土缺陷探测中具有推广应用价值[2]。

2 瑞利面波法

近年来，发展了一种新的裂缝无损检测方法—瑞利面波法[3]，同样在混凝土表面布置观测系统，采用锤击震源，通过接收的瑞利面波特征来推算裂缝的深度。瑞利面波法具有分辨率高、应用范围广、受场地影响小、检测设备简单、检测速度快、经济等一系列优点，广泛应用于浅表层岩土工程勘察和灾害地质调查等领域。

3.1瑞利面波方程。1887年，英国数学物理学家瑞利在求解自由表面半空间中的平面弹性波场时，预言了一种沿竖向指数衰减的面波的存在。该面波小于纵波速度，接近于横波速度，质点的运动轨迹为一逆向椭圆。后来人们在天然地震中证实了这种面波，并称其为波，即瑞利面波。在自由表面半空间中，瑞利面波的速度为一个常值，即没有频散，也就是瑞利波的相速度不随频率的变化而变化。但在复杂边界条件下，瑞利面波则会出现频散现象[4]，人们根据这一特性，利用地表接收的瑞利面波信号对地下结构进行探测的方法被称为瑞利面波法。

式（1-4）表示了瑞利波速度与横波速度的关系，称之为校正系数，它依赖于泊松比。当分别为0.25，0.33，0.40，0.50时，值分别为0.92，0.933，0.943，0.956。

从以上理论可知，在均勻弹性半空间存在的这个沿自由表面传播的波，其速度小于纵波速度、略小于横波速度，这就是面波。从理论及实际情况分析我们可以得出瑞利面波波速的三个特点：（1）相同介质中，纵波波速最快，横波其次，瑞利面波速度最慢。（2）与呈近线性关系，并且当较大时，一般情况下，岩石的泊松比为左右，土的泊松比为之间。因此对于土质地基，可以认为瑞利波波速与横波波速近似相等，求横波波速可用求瑞利面波波速来代替。（3）与频率无关，说明在均勾介质中瑞利面波无频散现象。

3.2 瑞利面波的衰减。纵波、横波的波前面相对激发点呈球面扩散，而瑞利波的波前面呈柱面扩散。所以，面波能量密度[6]衰减较小。面波沿深度方向衰减快，仅存在于大约一个波长的深度内，而沿水平方向的能量密度随着传播距离按衰减，这比球面波扩散的体波能量密度按衰减要小得多。研究证明，在均勾弹性半空间介质表面上，施加一个竖向作用力，能量从震源向下福射，约有的能量会转化成面波，只有的能量被体波带走，这是利用面波进行勘探的有利条件。

4 结束语

瑞利面波检测技术在混凝土裂缝检测方法中的应用越来越广泛了，准确的得到频散曲线并反演出混凝土裂缝介质可以更有效的预防裂缝的发展，提前采取相应的补救措施;避免了各种事故的发生;巩固了建筑的稳定性;保障了人民的生命财产安全。瑞利面波法在工程地球物理勘探领域己发展成为与折射波法和反射波法并称的一种新的浅层地震方法，并且它还比前两种方法更有优势，它可以通过测量横波速度来测定岩土的物理力学参数，检测复合地基承载力，以及检测路基、堤坝混凝土的密实度等。随着瑞利面波理论研究的进一步深入，它在工程上各个领域的优势会更加明显。但对于检测混凝土垂直裂缝还需要进一步深入的研究。

【参考文献】

[1] 吴叶茂， 张宏， 石邢. 聚苯模板墙体混凝土缺陷的无损检测方法研究[J]. 建筑技术， 2017， 48（8）.

[2] 包国强， 马栋和， 王锐， et al. 基于面波法的混凝土坝体裂缝深度检测研究[J]. 山西建筑， 2017（04）：234-235.

[3] 谭屹. 层状介质瑞利面波波场二维数值模拟研究[D]. 2017.

[4] 莫志军. 瑞雷面波在路基填筑质量检测中的应用[J]. 交通世界（运输.车辆）， 2012（11）：154-155.

[5] 张立. 层状介质中瑞利面波波场特征分析和反演方法研究[D]. 西南交通大学， 2009.

[6] 张祖武， 姚令侃. 土岩界面地震波能量传递与耗散特性研究. 灾害学， 2011（1）：5-9.

作者简介：王选 （1993-），男，汉，江苏。硕士研究生，单位：扬州大学建筑科学与工程学院。研究方向：建筑与土木工程。