基于冲击回波法的混凝土−围岩缺陷检测与信号处理研究

姚菲，陆幸奇，陈光宇

(河海大学 土木与交通学院，江苏 南京 210098)

混凝土−围岩(Concrete-Rock，CR)结构在工程中广泛存在，如隧道工程中，喷射混凝土构成围岩支撑。岩石变形与混凝土收缩可导致喷射混凝土与周围岩壁分离，从而产生空隙，两者将无法进行有效的应力传递，危及结构安全[1]。而CR 结构界面缺陷隐蔽性强，研究有效的缺陷检测方法意义重大。冲击回波法作为一种无损检测方法得以广泛应用[2]。近年来，众多学者对其理论[3]及应用[4−6]进行研究。其原理[7]是利用金属小球等作为激振源冲击混凝土表面，激发应力波在被测体各界面间传播，通过接收器采集信号，并经信号处理与计算对缺陷情况进行判断。传统的信号处理方法为对回波信号进行FFT 变换，通过频域图的峰值频率来计算构件厚度或缺陷位置。有研究[8−9]表明，分层结构中的层界面使波传播过程更为复杂，由于干扰的存在，频谱中常常出现许多频率峰，代表缺陷的频率混杂在多峰值中难以识别，仅从频域分析难以获得良好效果。时频分析方法可以从频率以及时间2个角度对信号进行多尺度的综合分析，通过频带时间分布以及能量分布等情况对缺陷特征信息进行有效判别。ZHANG 等[10]利用极限学习机(ELM)算法，输入不同深度缺陷的混凝土单层板的检测信号，识别了试件的整体工况。SUN 等[11]对后张拉管道灌浆质量检测进行了试验研究，结果表明贝叶斯分类器在缺陷检测中的可行性。本文对不同接触质量的混凝土-围岩结构试件进行了冲击回波测试，对回波信号使用小波变换进行时频域分析，结合频率与时间信息进行多尺度的综合分析；……