注浆固结体抗压强度的声学试验研究

　　1 试验原理

　　本研究采用超声脉冲穿透法,选用合适的换能器的频率,采样间隔为0.1μs、自动触发、连续采样方式,通过与计算机相连的RSM-SY5型声波检测仪,记录下穿过试样的波形、发射探头发射声波的时刻T0和接收探头接收到声波的时刻T1,时差为ΔT=T1-T0,设试样的长度为L(mm),则纵横波的速度Vp(s)的计算式:

　　式中下角标为各量的单位,而{ }中以选定单位计量时该量的数值。

　　2 试验方法和试验中关键技术问题

　　试验中采用的注浆固结体由砂和淤泥分别与水泥搅拌而成。试样为长100mm、直径50mm的圆柱体。试样规格满足土工试验规范要求。试样的配比如下:

　　土体:砂、淤泥

　　水泥:华新325、华新425

　　水灰比:0.5、0.75、1、1.5、2

　　置换率:15%、25%、35%、45%、50%

　　试样采用人工搅拌,用模具制取而成。同一种配比的试样作为一组,每组4块,试样共计400块。试样的养护按规范进行,端面进行打磨。纵波试验换能器与试样端面之间的声耦合采用浆糊,横波试验换能器与试样端面之间的声耦合采用锡箔。

　　2.1 试样尺寸的确定

　　在进行注浆固体试件声波检测时,必须选择试件的尺寸和换能器的频率,使注浆固结体的试件能被视为均匀无限的介质。具体地说就是:要把注浆固结体试件视为均匀介质,则要求波长大到可以忽略注浆固结体内颗粒等界面造成的各种影响;要把试件看作无限体介质,则要求波长与试件尺寸比小到某一数值,使波的传播不受试件界面的影响。这就是注浆固结体试件声波检测的边界条件。对固定尺寸的注浆固结体试件来说,只要选择换能器频率f,使声波在注浆固结体试件中传播的波长既满足无限体又满足均匀体要求,就可把注浆固结体试件看作是均匀无限体介质。如在注浆固结体试件中传播的弹性波波长远小于试件直径D,且试件长度L与直径D的比值不大,换能器又有一定的指向性时,边界面对波速的影响就很小,可忽略不计,所检测到的波速可认为是在无限大介质中的波速。我们在实验中选定的边界条件为:D>10K,L<(2~3)D。试样直径为50mm,长度为100mm;若波长λ≤5mm,当试样中的纵波速度约为4000m/s时,使用的超声换能器的频率应为f>3Vp/D=3x4000/(5x10^-2)=240kHz。实验中选定的换能器的频率为300kHz,满足无限体的要求。

　　2.2 起跳点的判断

　　准确判读出纵横波的起跳点,是声波探测工作中一个非常重要的环节。弹性区域中弹性波(声波)的典型波形,最先到达的初至波是频率较高、振幅不大、衰减迅速的纵波(P波),随之而来的是频率较低、振幅不断增大的横波(S波),之后才是其它类型的续至波。但在实际工作中,由于各种各样的原因,所得的波形常常较典型的波形要复杂得多。一般说来,初至P波最先到达,其判别比较容易;而S波是后来才到达,常受其它波的干扰,较难识别。可以采用下列方法帮助识别横波: