声波透射法测桩培训经典指导教程

R （Z2Z1）2 （Z2 Z1）2
T 4Z1Z2 （Z2 Z1）2
1.5 声波在介质界面的反射和折射
？为什么换能器和被测体之间需要耦合
介质（黄油、水等）
？超声波为什么可以探测裂缝
！钢、混凝土一类固体介质特性阻抗较
大，液体一类介质次之，空气的特性阻 抗最小，因此，在空气与固体介质界面 上，声波很难通过，绝大部分被反射。
1.3 波的分类
横波(S波) 介质质点的振动方向与波 的传播方向垂直。
横波的传播是使介质产生剪切变形时引起的剪切应 力变化而传播，和介质切变弹性有关。由于液体、 气体无一定形状，其形状发生变化时不产生切变应 力，所以液体、气体不能传播横波 ,横波只能在固 固体中传播。
1.3 波的分类
表面波 沿固体表面传播的波，它是由纵 波和横波组合而成，又称瑞利波，R波。
通常的超声换能器置于混凝土表面发射时 ，振动状况复杂，既有纵向振动又有横向 振动，发射出的超声波既有纵波,也有横 波和表面波。
1.4 声波在介质中的传播速度
同一种类型的波，在同一种介质中，边 界条件不同，传播速度也不同。
无限大或半无限大 介质中纵波速度
v E
1
p
（1）（1 2）
薄板中（板厚远小 于波长）纵波速度
钢
21.0
玻璃
7.0
陶瓷
5.9
混凝土
3.0
石灰石
7.2
淡水 20℃
—
空气20 ℃
—
0.29
7.8
5940 3220
0.25
2.5
5800 3350
0.23
2.4
5300 3100
0.28
2.4
4500 2756
0.31
2.7
6130 3200
—
0.998
1481
—
0.0012
343
470 129 130 108 166 14.8 0.004
应用情况
国外始于上世纪40年代后期； 国内始于上世纪50年代中期，1980年代用于桩基检 测，掀起了新一轮应用高潮。
1.1.2 超声波测桩技术规范
建设部标准《基桩低应变动力检测规程》 （JGJ/T 93-95） 中国工程建设标准化协会标准《超声法检测混凝 土缺陷技术规程》（CECS 21:2000） 国家标准《建筑地基基础设计规范》 （GB50007-2002） 建设部标准《建筑基桩检测技术规范》 （JGJ 106-2003） 交通部标准《公路工程基桩动测技术规程》 （JTG/T F81-01-2004）
波长、频率、波速间关系
v f
4500 50 103
9cm
1.3 波的分类
纵波(P波) 介质质点的振动方向与波的传播方向一致。
纵波的传播是依靠介质时疏时密（即时而拉伸，时 而压缩）使介质的容积发生变形引起压强的变化而 传播的，和介质的容变弹性有关。任何弹性介质（ 固体、液体、气体）在容积变化时都能产生弹性力 ，纵波可以在任何固体、液体、气体中传播。
声波在固体介质中传播时，由于介质的粘滞 性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转 变为热能；同时，由于介质的热传导，介质的稠密 和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗 ，这就是介质的吸收现象。介质的这种衰减称为吸 收衰减，以吸收衰减系数表征。
1.6 声波在传播过程的衰减
声波在介质中传播过程中，其振幅将随 传播距离的增大而逐渐减小，这种现象称为 衰减。
声波在任何介质中传播都有衰减存在。
声波衰减的大小及其变化不仅取决于所 使用的超声频率及传播距离，也取决于被检 测材料的内部结构及性能。
1.6.1 固体材料中声波衰减的原因
1.吸收衰减 a
1.5 声波在介质界面的反射和折射
① R+T=1，符合能量守恒定律；
② Z1= Z2时，R=0，T=1，即当 两种介质特性阻抗相等时，声 波全部透过界面，无反射；
Z1=ρ1×v1 Z1=ρ2×v2
I
T
R
③ 两种介质特性阻抗相差悬殊时 （Z1>> Z2或Z1<< Z2），R→1 ，T→0，即声波能量在界面 绝大部分被反射，难于进入第 二种介质。
周期T 相位相同的相邻的波 之间所经历的时间。
频率f 周期的倒数，Hz。混 凝土超声检测使用频率 20~200kHz。
振幅A 波动的幅度，表征波 的强弱，以屏幕上波高度的 毫米数、输出电压值或分贝 （dB）表示。
波长λ 声波波动一次所传播 的距离。
波速v 单位时间波传播的距 离，m/s。
1.2.2 波形参数
vS 1.11vR
因此 vp vS vR
1.4 声波在介质中的传播速度
桩基检测时，声波透射法及低应变 反射波法测得的波速为什么不同？
v v 1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
p
（1）（12） L
vL （0.86 0.95）vp
1.5 声波在介质界面的反射和折射
声波在传播过程中，由一种介质到达另一种 介质，在两种介质的分界面（界面）上，声波会 发生方向和能量的变化：一部分声波被反射回到 原来介质中，称为反射波；另一部分声波透过界 面在另一种介质中继续传播，称为折射波。
反射系数与透射系数的大小取决于两种介质 的声学特性，具体来说取决于介质的特性阻抗Z。
特性阻抗Z表征介质的声学特性，其值为介质 的密度和波速的乘积，即Z=ρ×v
1.5 声波在介质界面的反射和折射
项目 材料
杨氏弹性模量 （104MPa）
泊松比 σ
密度 （g/cm3）
声速（m/s）
vP
vS
特性阻抗
ρv (104g/cm2.s)
声波透射法测桩培训经典 指导教程
目录
1 声学基础 2 仪器设备 3 现场测试 4 室内分析 5 工程实例
声波透射法检测灌注桩质量 —声学基础篇
1.1.1 混凝土超声波检测技术的发展
混凝土超声检测技术因其用途广泛、探测距离大、 完全不破坏结构物等优点，迅速在国内外普及推广 ，成为应用最广泛的混凝土无破损检测方法。
1.2.1 超声波波形
声波是物体机械振动时迫使周围介质也 发生振动并使振动向外传播而形成的一种波 动。
接收换能器接收到的由声源传过来的声 波，是该点在声波作用下的振动过程。
振动大小和方向随时间而变化的过程曲 线称为波形。超声仪屏幕上的图线就是传播 到接收换能器所在位置的声波的波形。
1.2.2 波形参数
v E
B
（1 2）
细长杆中（杆的横向尺寸 远小于波长）纵波速度
vL
E
1.4 声波在介质中的传播速度
无限介质中 横波速度
v E 1
S
2(1 )
v v 固体表面传播的
0.871.12
R
1
S
表面波速度
1.4 声波在介质中的传播速度
混凝土ν=0.2-0.3
vp
v 2(1 )
12 S
(1.63 1.87)vS