基于辛几何格式的叠前逆时偏移成像的工程结构无损检测研究论文[大全5篇]

第一篇：基于辛几何格式的叠前逆时偏移成像的工程结构无损检测研究论文

偏移技术可以根据高频近似构造射线理论的方法成像，也可以从波动方程的角度成像。基于射线理论的方法计算量小，能够正确显示内部缺陷的尺寸，不能够正确显示内部结构的方位； 基于波动方程的方法成像精度（包括位置精度）很高，但计算 量大。偏移技术在地球物理勘探方面有广泛而成熟的应用，近几年在无损检测方面也取得了一些可喜的成果。

根据对波动方程的处理方法的不同，波动方程偏移可归纳为三类： 空间时间域直接离散法、频率波数域的二维傅里叶变换法（F-K）和空间时间域格林函数克希霍夫积分法（Kirchhoff）。有限差分法属于第一类算法。从波动方程求解方法的稳定性来看，此类算法不是根据能量泛函推导而来，人为规定离散点与离散点之间的差分关系，在长期跟踪计算能力上表现不佳。

本文将研究空间时间域的另一种算法，即以辛几何数值模拟算为基础，结合逆时偏移思想，构建一种新的叠前偏移成像算法 ,并给出典型的数值模拟实例和混凝土结构成像实验结果。

辛几何格式的逆时偏移

辛几何格式的叠前逆时偏移理论的数学基础是辛几何格式的数值模拟方法和逆时偏移成像条件，其 主要技术手段是对在结构表面采集到超声波信号进行处理，使反射超声波归位并呈现出结构内部反射面的影像。

数值模拟方法

应力波数值模拟是指在已知介质结构模型的情况下，研究应力波在地下各种介质 中传播规律的一种数值模拟方法，其理论基础就是表征应力波在介质中传播的应力波理论。而辛几何数值模拟方法是对于某连续 体结构，在空间域采用传统的某种能量泛函方法如有限元、无网格伽辽金方法、边界元法等进行空间离散，把 无限自由度问题转化为有限自由度问题，从而得到时间域的连续常微分方程，再利用辛几何精细积分算法进行逐步积分，获得任 意时刻所有空间变量的位移场。波动方程偏移成像技术的逆时偏移成像条件对于不同的发收波场，有不同的成像条件。

零发收距（自发自收）观测数据的成像条件

G A Mcmechan 等在研究零炮检距观测数据逆时外推偏移算法时，根据爆炸反 射界面原理，提出了“零时间”成像条件。

共发射点观测数据的成像条件

F Chang W 等针对共炮点数据，将“零时间”成像条件加以推广，提出了“激发时 间”成像条件。它一般应用于非零发收距观测数据的叠前逆时偏移计算中。这种共发射点观测数据的成像有两种实现方法：零延迟互相关成像和激发时成像。零延迟互相关成像的基本过程是，将各时 刻的正时与逆时声场对应相乘，然后将各时刻的相乘所获得声场的值进行累加，即得到成像剖面。激发时成像的基本过程是，从 逆时波场中依照震源到成像点的单程旅行时提取相应的波场，即得到该点的成像值，各点成像的值的总和即是偏移剖面。

建立有限元模型

按照 20 mm 的尺度划分网格，保存数据 ,并求出有限元离散方程的系数矩阵。根据激励条件，设置好载荷向量，长度为 n.划分网格的细密程度根据计算机的内存和实 际计算需要综合确定。在本实验中，由于采用普通 PC 计算，所以采用了计算机能够计算的最细密网格划分方式。建立一 阶哈密顿方程用勒让德变换将拉格朗日体系下的 n 维方程转化为哈密尔顿体系下的 2n 维方程，同时方程的阶次由 2降为 1, 为方程在时域的展开求解提供了便利条件。获取正向波场时间步长为 0.1 s,在某点设置冲击波载荷，频率为 200 MHz, 通过哈密顿方程求解出正向波场。其中，任意时刻任一点的声波信号幅值在第 6 个步骤中有应用，表面测线上节点的信号在第 5 个步骤中应用。获取逆向波场获取逆向波场的具体步骤是： 在某点进行激励得到的波场在表面测线上被记录下来后，沿 着时间轴逆转，把测线上记录下来的所有信号当作作用在表面上节点上的激励，再通过计算获取新的声波场。根据成像条 件获取缺陷图像将每一个激励信号得到的正向波场和衍生出的逆向波场点乘，然后把所有信号得到的点乘结果叠加，便得到成像。窄裂缝的位置能够准确显示，方向显图 2 含窄裂缝结构的辛偏移成像结果Fig.2 Symplectic migration imaging results of structurewith the narrow crack示不够准确，这是由于缺陷的大小与超声激励主 波长具有相同量级，部分超声波会发生绕射现象，反射波减弱，因此只能显示缺陷中部一部分的反射面，而缺陷边缘产生绕射的 部分，未能有效显示。另外，底面的位置也能准确显示，但经过底面但不能通过一次反射到达表面的部分，不能够使底面的这一 部分正确成像。因此缺陷正下方、正下方外围一部分区域，以及底面的外边缘不能显示，或显示较弱。

几何模型在实际工程中，混凝土结构的质量参差不一，又常受到复杂的荷载，因此所发生的缺陷的形状也 千姿百态。将四个具有低声阻抗性质的薄膜裹紧木板预埋入混凝土，模拟混凝土构件中的两个水平缺陷和两个倾斜缺陷。

实验和数据采集

利用数字信号发生器、功率放大器和数字示波器组成的测试系统和1 GHz 高频超声换能器进行实验并采集数据。超声驱动 器的驱动频率是 600 MHz,采集频率是 2.5 GHz,采集长度是 1 280.具体采集过程是： 首先将超声驱动器置于 A 点，超声传 感器置于与 A点距离 50 mm 处，记录一条信号； 把超声传感器向右边移动 5 mm 各 5 次，分别记录一条信号； 把超声驱动器向 右边移动 10 mm,超声传感器置于与 A 点距离 50mm 处，记录一条信号； 以此类推，直到超声传感器到达 B 点。成像和基于辛几何逆时偏移成像技术，对自该结构表面采集到的实际超声波记录进行反演成像处理，结果如图 4 所示。所成截面图像在一定程度上反映缺陷的存在，其形状和大小皆与真实情况相符，但不是太清晰，反 映了混凝土材料中介质的复杂性。

工程结构的安全问题始终是关系国计民生的大事。复合材料尤其是混凝土 材料的无损检测技术，还不完善。混凝土材料尺寸大，材料组成不稳定，造成缺陷的无损检测难度大。混凝土材料中钢筋的存在 使得电磁波方法也难以凑效。超声波检测混凝土结构中的缺陷是一个有发展前景的方法，需要提高的是数据采集和数据处理技术 的自动化和智能化。辛几何偏移成像技术的唯一缺点是工作量和计算量大。随着计算机运算规模的扩大和计算速度的快速提升，基于全波方程的辛几何逆时偏移成像技术的计算量大的问题迎刃而解，因此得到了越来越普遍的应用，将成为一种常规叠前偏移成像算法。

第二篇：工程结构试验与检测技术论文

论述岩土工程测试与检测技术的主要内容及其应用

摘要：当今社会人们对建筑物的要求越来越高，科学技术也在突飞猛进，为了满足人们日益提高得生活水平，各类土木工程也纷纷涌现，较之以过去土木工程，现代土木工程从各个方面都取得了长足的进步。而岩土工程测试与检测技术对各类工程都有非常重要的作用。岩土工程测试技术不仅在岩土工程建设实践中十分重要，而且在岩土工程理论的形成和发展过程中也起着决定性的作用。测试技术也是保证岩土工程设计的合理性和保证施工质量的重要手段。本文就岩土工程测试与检测技术的主要内容做以下论述。

关键词：岩土原位测试技术，地基加固的检验与检测，桩基础的测试与检测等。

岩土工程测试技术一般分为室内试验技术、原位试验技术和现场监测技术等几个方面。在原位测试方面，地基中的位移场、应力场测试，地下结构表面的土压力测试，地基土的强度特性及变形特性测试等方面将会成为研究的重点，随着总体测试技术的进步，这些传统的难点将会取得突破性进展。虚拟测试技术将会在岩土工程测试技术中得到较广泛的应用。及时有效地利用其他学科科学技术的成果，将对推动岩土工程领域的测试技术发展起到越来越重要的作用，如电子计算机技术、电子测量技术、光学测试技术、航测技术、电、磁场测试技术、声波测试技术、遥感测试技术等方面的新的进展都有可能在岩土工程测试方面找到应用的结合点。测试结果的可靠性、可重复性方面将会得到很大的提高。由于整体科技水平的提高，测试模式的改进及测试仪器精度的改善，最终将导致岩土工程方面测试结果在可信度方面的大大改进。新的岩土力学理论要变为工程现实，如果没有相应的测试手段，则是不可能的。因为，不论设计理论与方法如何先进、合理，如果测试技术落后，则设计计算所依据的岩土参数无法准确测求，不仅岩土工程设计的先进性无法体现，而且岩土工程的质量与精度也难以保证。所以，测试技术是从根本上保证岩土工程设计的精确性、代表性以及经济合理性的重要手段。

测试工作是岩土工程中必须进行的关键步骤，它不仅是学科理论研究与发展的基础，而且也为岩土工程实际所必需。监测与检测可以保证工程的施工质量和安全，提高工程效益。在岩土工程服务于工程建设的全过程中，现场监测与检测是一个重要的环节，可以使工程师们对上部结构与下部岩土地基共同作用的性状及施工和建筑物运营过程的认识在理论和实践上更加完善。依据监测结果，利用反演分析的方法，求出能使理论分析与实测基本一致的工程参数。岩土工程测试包括室内土工试验、岩体力学实验、原位测试、原型实验和现场监测等，在整个岩土工程中占有特殊而重要的作用。下面介绍几种重要的岩土工程测试。

一、室内土工试验

目前，土工试验大致可分为观察判别试验、物理性质实验、化学性质试验和力学性质实验等。

二、岩体力学实验

岩体力学实验主要任务是进行常规力学指标测试和岩体变形与破坏机理的分析与研究。

三、岩土的原位测试技术

原位测试一般是指在现场基本保持地籍图的天然结构、天然含水量、天然应力状态的情况下测定地基土的物理-力学性质指标的试验方法。通过这些方法测定地基土的物理力学指标，进而依据理论分析或经验公式评定岩土的工程性能和状态。有些岩土工程由于地质条件复杂或者结构条件与荷载条件复杂，难以用理论计算方法对土体的应力-应变的变化做出准确的预计，也难以在室内模拟现场地层条件和现场荷载条件进行试验。这是，可以通过原位实验为设计提供可靠的依据。原位测试不仅是岩土工程勘察与评价中获得岩土体实际参数的最重要手段，而且是岩土工程监测与检测的主要方法，并且可用于施工过程中或地基加固处理后地基土的物理力学性质及状态的变化或检测。岩土的原位测试又可以分为两种，一种是作为获取实际参数的原位实验，另一种则是作为提供施工控制和反演分析参数的原位监测。

原位测试有以下几种优点：

1、避开了取土样的困难，可以测定难以采取不扰动试样的土层的有关工程性质；

2、在原位应力条件下进行试验，避免采样过程中应力释放的影响；

3、实验的岩土体体积较大，代表性强；

4、工作效率较高，可大大缩短勘探实验的周期。

原位测试尽管有很多优点，但也有一定的不足之处：

1、各种原位测试都有其针对性和适用条件，如使用不当则会影响结果的准确性和合理性；

2、原位测试所得参数与图的工程性质间的关系往往是建立在统计关系上；

3、影响原位测试结果的因素较为复杂，使得对策定制的准确判定造成一定的困难；

4、原位测试中的主应力方向与实际岩土工程问题中多变的主应力方向往往并不一致。

四、现场监控

现场监控就是以实际工程作为对象，在施工期及工后期对整个岩土体和地下结构以及周围环境，于事先设定的点位上，按设定的时间间隔进行应力和变形现场观测。现场监测工作主要包括三个方面内容：

对岩土所受到的施工作用、各类荷载的大小以及在这些荷载作用下岩土反应性状的监测。

对建设中或运营中结构物的监测。

监测岩土工程在施工及运营过程中对周围环境的影响

比如对地基加固的检验与检测

随着我国国民经济的飞速发展，不仅事先要选择在地质条件良好的场地上从事建设，而且有时也不得不在地质条件良好的场地上从事建设，而且有时也不得不在地质条件不良的地基上进行修建。因此为了保证工程质量，往往需要通过现场测试对加固效果进行严格的监测与检测。因此现场测试就成为地

基加固的重要环节。现场测试可以为工程设计提供依据；对施工过程进行控制、检验和指导；为理论研究提供试验手段。但是现场测试在地基加固过程中需要注意下列问题：加固后的现场测试应在地基加固施工结束后经一定时间的休止恢复后再进行；为了有较好的可比性，前后两次测试应尽量由统一组织人员、用同一仪器、按统一标准进行；由于各种测试方法都有一定的适用范围，故必须根据测试目的和现场条件，选用最好的的方法；无论何种测试方法都有一定的局限性，顾应尽可能采用多种方法，进行综合评价。

五、原型试验

原型试验以实际地下结构物为对象在现场地质条件下按设计荷载条件进行试验，其试验结构具有直观、可靠等优点。通过原型试验可以进一步验证工程勘察结果和设计结果的正确性与可靠性。比如桩基础的测试与检验。

桩基础是一种应用十分广泛的基础形式，桩基的质量直接关系到整个建筑物的安危。装的施工具有高度的隐蔽性，发现质量问题难，事故处理更难，因此，桩基础的监测工作是整个桩基工程中不可缺少的重要环节，只有提高基桩的监测评定结果的可靠性，才能真正保证桩基工程的质量与安全。

桩的静荷载试验是确定单桩承载能力、提供合理设计参数以及检验装机质量最直观、最可靠的方法。近年来，我国的桩基检测技术，特别是基桩动测技术得到了飞速发展。基桩的动力测试，一般是在桩顶施加一激振能量，引起桩身的震动，利用特定的仪器记录下桩身的振动信号并加以分析，从中提取能够反映桩身性质的信息，从而达到确定桩身材料强度、检验桩身的完整性、评价桩身施工质量和桩身承载力等目的。

如今各类建设工程和科学技术不断开发和应用，给岩土工程领域带来了巨大的活力，同时也提出了更高的要求。在岩土测试工作的开展中还存在下列问题：手段单一，结果缺乏科学合理的解释，管理制度不健全，人员培训不及时等问题。

今后岩土工程测试应该向以下几个方面发展：取样标准化；开发新仪器新方法；工程地球物理探测；现场测试、室内试验、理论预测和数值反分析法及其再预测的有机结合与循环。

参考文献:

[1胡赞辉.探讨岩土勘查的问题及解决案.中南勘查研究设计院出版社.[2]马赵琴.工程地质勘查存在的问题.江西地质出版社.