CN107449828B - 一种堆石混凝土结构空间密实度检测方法及评价方法 - Google Patents

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Abstract

一种堆石混凝土结构空间密实度检测方法及堆石混凝土结构空间密实度评价方法，涉及堆石混凝土结构检测技术领域。检测方法包括将弹性波数据中的检测点个数、检测点的弹性模量、平均弹性模量、以及弹性模量空间变异性建立对应关系，得到堆石混凝土结构的空间密实度特征。其可用于对堆石混凝土结构进行无损检测，得到相应的堆石混凝土结构空间密实度特征，反映密实度空间分布情况。评价方法包括利用上述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法得到的堆石混凝土结构空间密实度特征对堆石混凝土结构空间密实度进行评价。其利用上述检测方法得到的弹性模量空间变异性绘制空间曲线进行评价，有助于控制大坝的空间密实度，提高施工质量，便于施工管理。

Description

一种堆石混凝土结构空间密实度检测方法及评价方法
技术领域
本发明涉及堆石混凝土结构检测技术领域，具体而言，涉及一种堆石混凝土结构空间密实度检测方法及堆石混凝土结构空间密实度评价方法。
背景技术
近年来，随着我国大规模基础建设的展开，工程质量事故时有发生。因此，岩土工程质量检测，尤其是混凝土结构工程质量检测显得越来越重要，对检测的要求也越来越高。同时，对检测数据的收集也显得尤为重要。数据的准确性以及数据的直观性直接决定了数据的利用价值和实际作用。
在目前混凝土建造技术的应用中，堆石混凝土(Rock Filled Concrete，RFC)筑坝技术是一种工艺简单、造价低廉、环境友好的新型筑坝技术，其多用于筑造体积庞大的坝体。堆石混凝土是将满足一定粒径要求的大体积块石或卵石堆积入仓，形成具有一定空隙的堆石体，然后在堆石表面浇筑满足一定工作性能要求的自密实混凝土(Self-CompactingConcrete，SCC)。其依靠自密实混凝土的自重，流动并填充满堆石体的空隙，形成完整、密实、水化热低，并满足强度要求的混凝土。
需要说明的是，堆石混凝土坝施工过程与常态混凝土坝、碾压混凝土坝有较大区别。在堆石混凝土结构的施工过程中，堆石体内部浇筑层间结合面密实程度是堆石混凝土坝施工质量控制的技术要点和难点。现阶段堆石混凝土结构在施工后的层间结合面空间密实度无损检测技术还很缺乏，其检测手段也较为受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种堆石混凝土结构空间密实度检测方法，其可用于对堆石混凝土结构进行无损检测，得到相应的堆石混凝土结构空间密实度特征，反映出空间密实度分布情况；简单直观、方便快捷、成本低且精度高；适用于对大坝空间结构的检测，尤其适用于对堆石混凝土大坝的检测；有助于控制大坝的空间密实度，提高施工质量，便于施工管理。
本发明的目的在于提供一种堆石混凝土结构空间密实度评价方法，其利用上述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法得到的堆石混凝土结构空间密实度特征对堆石混凝土结构进行评价，能够更加准确、全面地反映出堆石混凝土结构空间密实度的分布以及空间变化的特性，有助于控制大坝的空间密实度，提高施工质量，便于施工管理。
本发明的实施例是这样实现的：
一种堆石混凝土结构空间密实度检测方法，其包括获取堆石混凝土结构的弹性波数据。并将弹性波数据中的检测点个数、弹性模量以及平均弹性模量经公式1得到弹性模量空间变异性，以得到堆石混凝土结构的空间密实度特征。
公式1为其中，n表示检测点个数，且n为正整数。δE(h)表示深度为h时的弹性模量空间变异性。表示深度为h时的平均弹性模量。Ei(h)表示第i个检测点对应深度为h时的弹性模量，i为小于或等于n的正整数。x、y和z均大于0。
一种堆石混凝土结构空间密实度评价方法，其包括利用上述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法得到的弹性模量空间变异性绘制弹性模量空间变异性的空间变化曲线。弹性模量空间变异性相对较大的位置的不均匀程度大于弹性模量空间变异性相对较小的位置。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供的堆石混凝土结构空间密实度检测方法，利用弹性波数据中的检测点个数、检测点的弹性模量和平均弹性模量三者同弹性模量空间变异性建立对应关系，以将检测点个数、检测点的弹性模量以及平均弹性模量三者同弹性模量空间变异性关联起来，利用检测点个数、检测点的弹性模量以及平均弹性模量三者来反映和表征弹性模量空间变异性，进而反映出整个堆石混凝土结构空间密实度特征。弹性模量空间变异性能够揭示出堆石混凝土结构空间密实度的分布情况，以及在整个堆石混凝土结构中空间密实度的变化情况以及变化趋势。
一方面，弹性模量空间变异性可以反映出堆石混凝土结构中空间密实度的分布情况，得出堆石混凝土结构中已有的缺陷分布情况和缺陷的大小、数量情况。另一方面，弹性模量空间变异性还可以反映出整个堆石混凝土结构中空间密实度的分布变化情况以及变化趋势，对堆石混凝土结构中的缺陷变化趋势做出一定的预测，在一定程度上反映出缺陷的发展趋势以及在不同空间位置缺陷的变化趋势。能够为工程管理者提供参考，以使工程管理者能够在一定程度上对缺陷的进一步的变化做出预估，以对可能进一步扩大或不符合工程要求的缺陷及时做出处理，有助于控制大坝的空间密实度，提高施工质量，便于施工管理。
针对弹性波数据进行检测，可用于对堆石混凝土结构进行无损检测，得到相应的堆石混凝土结构空间密实度特征，反映出空间密实度分布情况。简单直观、方便快捷、成本低且精度高。适用于对大坝空间结构的检测，尤其是对堆石混凝土大坝的检测。
本发明实施例提供的堆石混凝土结构空间密实度评价方法，利用上述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法得到的堆石混凝土结构空间密实度特征对堆石混凝土结构进行评价，能够更加准确、全面地反映出堆石混凝土结构空间密实度的分布以及空间变化的特性。通过比对堆石混凝土结构中不同位置的不均匀程度，能够得出不同位置的空间密实度分布情况。弹性模量空间变异性越大，则表示该位置的不均匀程度越大，则该位置存在缺陷的概率也就越大，而相应的缺陷的空间体积也越大。
通过对堆石混凝土结构进行评价分析，能够及时找出存在缺陷的位置，便于及时对该缺陷进行修复和处理，以保证整个堆石混凝土结构的稳定性和安全性。有助于控制大坝的空间密实度，提高施工质量，便于施工管理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中的大坝的一个横截面的弹性波检测结果中的波形的空间分布图；
图2为本发明实施例中的大坝的一个横截面的弹性模量的空间分布图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明的实施例提供一种堆石混凝土结构空间密实度检测方法以及堆石混凝土结构空间密实度评价方法进行具体说明。
本发明的实施例提供一种堆石混凝土结构空间密实度检测方法。其包括：获取所述堆石混凝土结构的弹性波数据，并将弹性波数据中的检测点个数、弹性模量以及平均弹性模量经公式1得到弹性模量空间变异性，以得到堆石混凝土结构的空间密实度特征。
公式1为：其中，n表示检测点个数，且n为正整数。δE(h)表示深度为h时的弹性模量空间变异性。表示深度为h时的平均弹性模量。Ei(h)表示第i个检测点对应深度为h时的弹性模量，i为小于或等于n的正整数。x、y和z均大于0。
需要说明的是，δE(h)的值越大，则表示深度为h处的不均匀程度越大，该位置存在缺陷的概率就越大，且该缺陷的空间体积也越大。同时，越小，也表示深度为h处的不均匀程度越大，该位置存在缺陷的概率越大，且该缺陷的空间体积也越大。反之则密实度越好，结合越紧密。利用δE(h)和同时进行比对，能够大大提高准确性。
需要说明的是，检测点个数是指利用检波装置对堆石混凝土结构进行弹性波检测时的检测取样点的个数，检波装置的一个安放位置即为一个检测点，在整个检测弹性波检测过程中，检波装置移动了多少个不同的安放位置，检测点就有多少个。
某一空间位置的弹性模量空间变异性越大，则说明该空间位置存在缺陷的概率就越大，且该缺陷也越大。
检测点的弹性模量是指一个检测点在对应一定深度时的弹性模量。平均弹性模量是指在同一深度的平均弹性模量。弹性模量空间变异性是根据检测点个数、检测点的弹性模量以及平均弹性模量得到的能够反映堆石混凝土结构中的缺陷分布情况、缺陷大小和缺陷变化趋势的数据。
本发明实施例提供的堆石混凝土结构空间密实度检测方法，利用弹性波数据中的检测点个数、检测点的弹性模量、平均弹性模量、以及弹性模量空间变异性建立对应关系，以将检测点个数、检测点的弹性模量以及平均弹性模量三者同弹性模量空间变异性关联起来，利用检测点个数、检测点的弹性模量以及平均弹性模量三者来反映和表征弹性模量空间变异性，进而反映出整个堆石混凝土结构空间密实度特征。弹性模量空间变异性能够揭示出堆石混凝土结构空间密实度的分布情况，以及在整个堆石混凝土结构中空间密实度的变化情况以及变化趋势。
针对弹性波数据进行检测，可用于对堆石混凝土结构进行无损检测，得到相应的堆石混凝土结构空间密实度特征，反映出空间密实度分布情况。简单直观、方便快捷、成本低且精度高。适用于对大坝空间结构的检测，尤其是对堆石混凝土大坝的检测。
进一步地，堆石混凝土结构空间密实度检测方法还包括：将弹性波数据中的弹性模量经公式2得到平均弹性模量。公式2为：
其中，表示深度为h时的平均弹性模量，E(h)表示深度为h时的弹性模量，V表示浇筑仓的体积，Ei(h)表示第i个检测点对应深度为h时的弹性模量。
进一步地，弹性模量与波速的对应关系为：
Ei(h)＝2(1+μ)Gi(h)。
其中，Gi(h)表示第i个检测点对应深度为h时的剪切模量，ρ表示混凝土的密度，vi(h)表示第i个检测点对应深度为h时的剪切波速，μ表示泊松比。
弹性波数据能够直接反映出波速的空间分布情况即波速-深度对应关系，利用波速-深度对应关系通过以及Ei(h)＝2(1+μ)Gi(h)就能够将波速-深度对应关系转化为弹性模量-深度对应关系。而弹性模量-深度对应关系通过公式2即可转化为平均弹性模量-深度对应关系。而利用公式1即可将深度为h时的平均弹性模量、检测点个数以及深度为h时的弹性模量转化为深度为h时的弹性模量空间变异性。
利用能够得到平均弹性模量 越大则表示相应位置的空间密实度越好。利用能够得到弹性模量空间变异性δE(h)，δE(h)越小则表示相应位置的空间密实度越好。反之则空间密实度越差，存在缺陷的概率就越大。
一方面，弹性模量空间变异性可以反映出堆石混凝土结构中空间密实度的分布情况，得出堆石混凝土结构中已有的缺陷分布情况和缺陷的大小、数量情况。另一方面，弹性模量空间变异性还可以反映出整个堆石混凝土结构中空间密实度的分布变化情况以及变化趋势，对堆石混凝土结构中的缺陷变化趋势做出一定的预测，在一定程度上反映出缺陷的发展趋势以及在不同空间位置缺陷的变化趋势。能够为工程管理者提供参考，以使工程管理者能够在一定程度上对缺陷的进一步的变化做出预估，以对可能进一步扩大或不符合工程要求的缺陷及时做出处理，有助于控制大坝的空间密实度，提高施工质量，便于施工管理。
进一步地，在公式1中，作为可选地：x和y为大于或等于2的正整数，z小于1。
进一步地，在公式1中，作为可选地：x和y均等于2，且z等于0.5。此时，公式1及可转化为公式3：
通过以上关系，能够利用检测点个数、检测点的弹性模量以及平均弹性模量三个数据通过数学统计方法得到弹性模量空间变异性，以弹性模量空间变异性来对堆石混凝土结构的均匀程度进行表征。数据的获取方便快捷、简单直观、成本低且精度高，使得对堆石混凝土结构的检测更加方便准确，便于随时随地开展堆石混凝土结构检测工作，提高检测方法的普适性和通用性。
进一步地，上述的弹性波数据包括：养护龄期位于28～90d中的至少一个时间点的波数据，以及养护龄期位于2～7d中的至少一个时间点的波数据。可选地，上述的弹性波数据包括：养护龄期分别位于2d、7d、14d、28d和90d的波数据。
养护龄期为7d、28d和90d的弹性波数据对反应整个堆石混凝土结构的性质具有重要意义，而位于该养护龄期的弹性波数据所反映的空间密实度情况对整个堆石混凝土结构也具有一定的代表性。而养护龄期为14d时，堆石混凝土结构的性质变化仍然比较迅速，收集养护龄期为14d的弹性波数据有利于充分反映堆石混凝土结构的空间密实度变化情况和变化趋势，可以为整个堆石混凝土结构的缺陷分布以及缺陷变化趋势提供有价值的参考和依据。
另一方面，当养护龄期为2d时，整个堆石混凝土结构还并未完全凝固，特别是堆石混凝土结构，混凝土浇筑层还未完全凝固，质地仍然较软。此时对堆石混凝土结构的弹性波数据进行收集后，由于此时浇筑层的质地较软，弹性模量也较小，而堆石本身硬度较大，弹性模量也较大。由于堆石与浇筑层之间的弹性模量差异，养护龄期为2d时的弹性波数据能够充分能反映出堆石的分布情况，并且显示出堆石之间的间隙分布情况，及浇筑层的位置和分布情况。为后续对堆石混凝土结构进行检测提供参考和依据。
随着养护龄期的延长，堆石混凝土结构逐渐凝固，浇筑层硬度逐渐变大，弹性模量也随之变大。浇筑层发生收缩和固化，在固化过程中，浇筑层以及浇筑层与堆石的连接部位具有产生裂纹、空穴等缺陷的风险，而这些缺陷将直接影响整个堆石混凝土结构的工程质量。
以养护龄期为2d的弹性波数据作为参考，在收集养护龄期为7d、14d、28d和90d的弹性波数据时，可以重点对浇筑层以及浇筑层周围的数据进行收集，而在对弹性波数据进行处理时，也可以重点对浇筑层以及浇筑层周围的数据进行比对，从而严格监控浇筑层以及浇筑层与堆石的连接部位的缺陷情况，便对控制大坝的空间密实度以及缺陷问题，提高施工质量，优化施工管理。
进一步地，检波装置包括弹性波激发装置、检波器和数据收集装置。检波器的个数大于或等于4个，检波器呈大致线性阵列排布。检波器均位于弹性波激发装置的同一侧，弹性波激发装置大致位于检波器所在直线。数据收集装置用于与检波器信号连接并收集检波器反馈的弹性波数据。可选地，检波器的个数为10个。
检波器阵列呈大致线性阵列排布，可以提高对弹性波的接收效率以及接收准确性，能够更加准确、全面地收集每个检测点的数据信号，提高数据信号的可靠性，有利于在一定程度上消除误差，提高精确度。
进一步地，检波装置沿检波器阵列所在直线移动时，每次移动的距离相同且为相邻两个检波器间距的1倍或2倍或3倍。可选地，每次移动的距离为相邻两个检波器间距的1倍。通过该方式收集到的弹性波数据准确性更高。
进一步地，弹性波激发装置可以是锤子。
本发明的实施例还提供一种堆石混凝土结构空间密实度评价方法，包括利用上述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法得到的弹性模量空间变异性绘制弹性模量空间变异性的空间变化曲线。弹性模量空间变异性相对较大的位置的不均匀程度大于弹性模量空间变异性相对较小的位置。
得出弹性模量空间变异性-深度关系后，可以知晓堆石混凝土结构在不同深度的弹性模量空间变异性。进而可以绘制出弹性模量空间变异性的空间变化曲线。
通过对比空间变化曲线中不同空间位置的弹性模量空间变异性，可以得出整个堆石混凝土结构中不同空间位置的均匀程度。其中，弹性模量空间变异性越大，则表明相应位置的不均匀程度越大，而该位置存在缺陷的概率越大，且相应的缺陷的空间体积也越大。
同时，弹性模量空间变异性还可以反映出整个堆石混凝土结构中空间密实度的分布变化情况以及变化趋势，根据比对同一空间位置在不同养护期龄的弹性模量空间变异性，即可进一步得出堆石混凝土结构的弹性模量空间变异性随时间的变化趋势。通过对堆石混凝土结构进行评价分析，能够及时找出存在缺陷的位置，便于及时对该缺陷进行修复和处理，以保证整个堆石混凝土结构的稳定性和安全性。有助于控制大坝的空间密实度，提高施工质量，便于施工管理。
实施例
以具备由10个检波器组成的检波器阵列的检波装置，对大坝堆石混凝土结构在养护龄期为2d、7d、14d、28d和90d时收集弹性波数据。
其中，相邻两个检波器之间的间距为1m。在检测过程中，将检波器阵列沿大坝的上下游方向设置，在第一个检测点收集完弹性波数据后，将检波装置沿检波器阵列所在的直线进行平移，且每次移动的距离均为1m。每次移动完毕后收集对应检测点的弹性波数据。
当沿上述的检测线检测完毕后，将检波装置沿垂直于上下游的方向进行平移，平移后在重复上述步骤将整个测线上的检测点的弹性波数据收集完毕。之后再将波装置沿垂直于上下游的方向进行平移，重复上述步骤，直至将整个大坝的弹性波数据收集。在本实施例中，将检波装置沿垂直于上下游的方向进行平移时的平移距离也均相等。
根据收集到的弹性波数据，可以得出整个大坝堆石混凝土结构在不同检测点位置的不同深度的波速分布情况，即波速的空间分布情况。如图1所示，图1示出了大坝的一个横截面的弹性波检测结果中的波形的空间分布，根据图1中的波形的分布情况，可以得出波速的分布情况。其中，纵坐标表示深度，横坐标表示大坝沿上下游方向的宽度。需要说明的是，图1仅仅示出了在同一次检测中的大坝的一个横截面的波形的分布情况，且以该波形分布情况为例，对堆石混凝土结构空间密实度检测方法以及堆石混凝土结构空间密实度评价方法进行说明。
根据图1中不同空间位置的波形分布情况，可以得知每个检测点在不同深度位置的波速，即波速-深度关系。将每个检测点的波速-深度关系经过Gi(h)＝ρvi 2(h)、Ei(h)＝2(1+μ)Gi(h)、以及转化后得到每个检测点的弹性模量空间变异性-深度关系。
如图2所示，图2示出了弹性模量的空间分布情况。图2是利用图1中的波形分布求得波速分布，再结合Gi(h)＝ρvi2(h)与Ei(h)＝2(1+μ)Gi(h)得到的。其纵坐标仍然表示深度，横坐标仍然表示大坝沿上下游方向的宽度。结合图2，利用能够得到平均弹性模量 越大则表示相应位置的空间密实度越好。利用能够得到弹性模量空间变异性δE(h)，δE(h)越小则表示相应位置的空间密实度越好。反之则空间密实度越差，存在缺陷的概率就越大。
通过图2可以计算得出每个检测点在不同深度位置的弹性模量空间变异性，弹性模量空间变异性越大，则表示该深度位置的不均匀程度越大，存在缺陷的概率就越大，且该缺陷也越大。相应的，弹性模量空间变异性越小，则表明该深度位置存在缺陷的概率就越小，且该缺陷也越小。
同时，通过比对同一空间位置在不同养护期龄的弹性模量空间变异性，即可进一步得出堆石混凝土结构的弹性模量空间变异性随时间的变化趋势，有助于帮助管理者做出相应的管理决策，以提高施工质量，便于施工管理。
综上所述，本发明实施例提供的堆石混凝土结构空间密实度检测方法可用于对堆石混凝土结构进行无损检测，得到相应的堆石混凝土结构空间密实度特征，反映出空间密实度分布情况；简单直观、方便快捷、成本低且精度高；适用于对大坝空间结构的检测，尤其适用于对堆石混凝土大坝的检测；有助于控制大坝的空间密实度，提高施工质量，便于施工管理。本发明实施例提供的堆石混凝土结构空间密实度评价方法利用上述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法得到的堆石混凝土结构空间密实度特征对堆石混凝土结构进行评价，能够更加准确、全面地反映出堆石混凝土结构空间密实度的分布以及空间变化的特性，有助于控制大坝的空间密实度，提高施工质量，便于施工管理。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种堆石混凝土结构空间密实度检测方法，其特征在于，包括：
获取所述堆石混凝土结构的弹性波数据；以及
将所述弹性波数据中的检测点个数、弹性模量以及平均弹性模量经公式1得到弹性模量空间变异性，以得到所述堆石混凝土结构的空间密实度特征；
所述公式1为其中，n表示检测点个数，且n为正整数，δE(h)表示深度为h时的弹性模量空间变异性，表示深度为h时的平均弹性模量，Ei(h)表示第i个检测点对应深度为h时的弹性模量，i为小于或等于n的正整数；x、y和z均大于0。
2.根据权利要求1所述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法，其特征在于，所述堆石混凝土结构空间密实度检测方法还包括：将所述弹性模量经公式2得到所述平均弹性模量；所述公式2为
其中，E(h)表示深度为h时的弹性模量，V表示浇筑仓的体积，Ei(h)表示第i个检测点对应深度为h时的弹性模量。
3.根据权利要求1所述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法，其特征在于，所述弹性模量与波速的对应关系为：
Ei(h)＝2(1+μ)Gi(h)；
其中，Gi(h)表示第i个检测点对应深度为h时的剪切模量，ρ表示混凝土的密度，vi(h)表示第i个检测点对应深度为h时的剪切波速，μ表示泊松比。
4.根据权利要求1所述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法，其特征在于，x和y为大于或等于2的正整数，z小于1。
5.根据权利要求1所述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法，其特征在于，x和y均等于2，z等于0.5。
6.根据权利要求1所述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法，其特征在于，所述弹性波数据包括：养护龄期位于28～90d中的至少一个时间点的波数据，以及养护龄期位于2～7d中的至少一个时间点的波数据。
7.根据权利要求6所述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法，其特征在于，所述弹性波数据包括：养护龄期分别位于2d、7d、14d、28d和90d的波数据。
8.根据权利要求1所述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法，其特征在于，所述弹性波数据由检波装置收集得到；
所述检波装置包括弹性波激发装置、检波器和数据收集装置；所述检波器的个数大于或等于4个，所述检波器呈大致线性阵列排布；所述检波器均位于所述弹性波激发装置的同一侧，所述弹性波激发装置大致位于所述检波器所在直线；所述数据收集装置用于与所述检波器信号连接并收集所述检波器反馈的所述弹性波数据。
9.一种堆石混凝土结构空间密实度评价方法，其特征在于，包括：利用如权利要求1～8任意一项所述的堆石混凝土结构空间密实度检测方法得到的所述弹性模量空间变异性绘制所述弹性模量空间变异性的空间变化曲线；
其中，弹性模量空间变异性相对较大的位置的不均匀程度大于弹性模量空间变异性相对较小的位置。
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