CN113884550B - 一种现场分层测定土体/混凝土介电常数的方法及其应用 - Google Patents
一种现场分层测定土体/混凝土介电常数的方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113884550B CN113884550B CN202111057661.4A CN202111057661A CN113884550B CN 113884550 B CN113884550 B CN 113884550B CN 202111057661 A CN202111057661 A CN 202111057661A CN 113884550 B CN113884550 B CN 113884550B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- concrete
- dielectric constant
- measured
- axis
- electromagnetic wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
- G01N27/221—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种现场分层测定土体/混凝土介电常数的方法及其应用,向被测土体/混凝土中斜向钻孔,向孔中插入/注入导电物质;以孔口外边缘为原点,沿孔的水平走向在被测物土体/混凝土表面绘制轴线x,并在轴线上等间距标记刻度;将电磁波收发器在各刻度xi处垂向扫描,获得孔内介质反射的电磁波单程到时ti;建立的坐标系中坐标点连线斜率和介电常数显著相关,可通过迭代求得第i层的介电常数。本发明的方法能够分层测定介质不同深度的介电常数,计算不同深度范围内的波速,基于此进行目标体位置计算,可有效减小定位误差;拟合直线避免了混凝土浅深处性质不均造成的影响,测定出介质全深度范围内复介电常数,计算结果更适用于工程应用。
Description
技术领域
本发明涉及水利土木工程检测相关领域,具体为一种现场分层测定土体/混凝土介电常数的方法及其应用。
背景技术
土质堤坝、混凝土结构内部质量缺陷具有隐蔽性强、威胁程度高的特点,常规表观质量检查方法难以识别,钻孔、开挖等有损检测方法费时费力,检测效果不佳。近年来,借助电磁波进行无损检测的方法得到了广泛应用。探地雷达利用电磁波在不同介质界面的反射、透射特性,可高效普查结构内部质量,被广泛应用于水利、土木工程质量检测。但现场检测结果常存在较大的定位误差,甚至误判,其重要原因是被测物体的介电常数设定不准。
介电常数作为电性性质的重要指标之一,决定电磁波在介质中的传播速度,介电常数取值偏差过大,造成目标体定位不准,影响探地雷达的检测准确度。当前,现场检测所用的介电常数标定方法有:1)经验估计法。2)室内试件标定法。制作与拟测工程类似的试件,以试件介电常数作为拟测工程的介电常数;3)反算法。通过设计资料或钻孔等手段获取测试面至交界面的深度,根据测得表面至交界面处的雷达波走时,反算介电常数。
上述方法存在以下不足之处:1)工况对介质的电性指标影响较大,如:混凝土龄期、含水率、配合比均会影响其电性性质,同一介质的介电常数常为一范围值,依靠经验估计被测物介电常数常偏差较大;2)制作标定试件周期长,费时费力,且与拟侧工程工况难以保持一致,不具有工程代表性;3)对于堤坝等大型结构,要求探测深度大(十几米至上百米),探测范围内难以找寻具有明显典型差异的交界面,而且受水位、降雨等影响,堤坝内不同深度处的土体含水率差别较大,其介电常数等电性参量也存在较大的变化,必须对波速进行分层测算方能实现准确定位。
另外,目前依靠TDR(电磁波时域反射方法)的介电常数测试设备仅适用于室内小试样的标定,无法在现场直接应用;若取样进行测定,取样扰动同样会使测定结果失真,而且工程材料均为多相复合材料,局部的测定值不能合理表征探测范围内的参量。
发明内容
针对现有技术不足,本发明给出一种通过置入斜向强反射介质等,实现现场分层测定混凝土、土体的介电常数,综合评定介质全深度范围内综合介电常数的方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
一种现场分层测定土体/混凝土介电常数的方法,包括:
(1)向被测土体/混凝土中斜向钻孔,向孔中插入/注入导电物质;
(2)以孔口外边缘为原点,沿孔的水平走向在被测物土体/混凝土表面绘制轴线x,并在轴线x上等间距标记刻度xi,i=1,2,3……n;
(3)将电磁波收发器在各刻度xi处垂向扫描,获得孔内介质反射的电磁波单程到时ti;
(4)基于下式迭代求得第i层的介电常数εi:
式中,d为电磁波收发器间距;α为孔轴线与被测物表面的倾角;i=1时,ti-1、xi-1取值为0)。
作为本发明的进一步改进,所述方法还包括:
作为本发明的进一步改进,所述导电物质为金属杆、含金属粉末的浆体或电解质溶液。
作为本发明的进一步改进,被测物是混凝土时,优选含金属粉末的浆液;被测物为土体时,优选一端尖锐的金属杆。
作为本发明的进一步改进,被测物为混凝土时,使用冲击钻在被测混凝土上打斜向孔。斜向孔避开混凝土中已有钢筋等金属杆件,或与已有金属杆件呈斜向夹角;被测物为土体时,可选择一头尖锐的金属杆直接斜向打入土体内。
作为本发明的进一步改进,所述孔轴线与被测物表面的倾角为15°~75°。
作为本发明的进一步改进,刻度xi间距根据被测物深度及精度要求确定,刻度标记数与层深划分数一致;对于混凝土,间距≤50cm;对于土体,间距≤2m。
作为本发明的进一步改进,电磁波收发器扫描方式为:
以间距d沿x轴垂线扫测,此时导电物质信号图谱为月牙状,双程到时Ti以表面直达波与月牙状顶部间的时差计;
或:将电磁波收发器跨x轴进行点测,此时信号图谱为层状,双程到时Ti以表面直达波与强反射层间的时差计。
作为本发明的进一步改进,选取强反射正波波峰、负波波谷或正负波间的驻点处的值为到时,对于列于同一坐标中的ti取值点一致。
作为本发明的进一步改进,采用最小二乘法进行线性拟合。
本发明的有益效果在于:提供了一种在工程现场准确、快速获取相对介电常数的方法,从而提高雷达物探结果的准确度。与现有用于工程现场的介电常数标定方法相比,能够分层测定介质不同深度的介电常数,计算不同深度范围内的波速,基于此进行目标体位置计算,可有效减小定位误差;拟合直线避免了混凝土浅深处性质不均造成的影响,测定出介质全深度范围内复介电常数,计算结果更适用于工程应用。
附图说明
图1为实施例被测混凝土墩台。
图2为过各测点形成的电磁波扫测图谱。
具体实施方式
实施例1
某混凝土墩台,深度为65cm,现采用本发明所述方法测定其分层介电常数,并综合推定全深度复合介电常数。
(1)首先向混凝土墩台中钻孔置入直径为16mm金属杆,量测与表面所成角度α为26.5°;
(2)以表面金属杆外侧表面为原点,沿金属杆方向在被测物混凝土表面沿金属杆斜向绘制轴线x,然后在轴线x上以10cm间隔标记刻度x1~x4,如图1。
(3)使用同发同收的电磁波接收/发射器,间距d为0cm,并过x1~x4点扫描,获得扫描图像如图2所示,读取其双程到时Ti(i=1、2、3、4),T1=0.68ns,T2=1.56ns,T3=2.59ns,T4=3.45ns,则单程到时ti=Ti/2。
(4)建立x-ti坐标系,然后在坐标系上描出坐标点(xi,ti),i=1、2、3、4,同时,也表示将测试构件介电常数分为4层精确测定。各坐标点连线的斜率与介电常数大小正相关,将(xi,ti),倾角α代入求得各层相对介电常数分别为5.23、8.75、11.99和8.36。随深度增加相对介电常数先变大后减小,与客观规律一致。表层与空气直接接触,干燥快;底层与地面接触,干燥较慢;中间部分由于处于混凝土内部,干燥最慢。
Claims (9)
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述导电物质为金属杆、含金属粉末的浆体或电解质溶液。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,被测物是混凝土时,导电物质选用含金属粉末的浆液;被测物为土体时,导电物质选用一端尖锐的金属杆。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,孔轴线与被测物表面的倾角为15°~75°。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,刻度xi间距根据被测物深度及精度要求确定,刻度标记数与层深划分数一致;对于混凝土,间距≤50cm;对于土体,间距≤2m。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,电磁波收发器扫描方式为:
以间距d沿x轴垂线扫测,此时导电物质信号图谱为月牙状,双程到时Ti以表面直达波与月牙状顶部间的时差计;
或:将电磁波收发器跨x轴进行点测,此时信号图谱为层状,双程到时Ti以表面直达波与强反射层间的时差计。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,选取强反射正波波峰、负波波谷或正负波间的驻点处的值为到时,对于列于同一坐标中的ti取值点一致。
9.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,采用最小二乘法进行线性拟合。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111057661.4A CN113884550B (zh) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | 一种现场分层测定土体/混凝土介电常数的方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111057661.4A CN113884550B (zh) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | 一种现场分层测定土体/混凝土介电常数的方法及其应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113884550A CN113884550A (zh) | 2022-01-04 |
CN113884550B true CN113884550B (zh) | 2022-05-10 |
Family
ID=79008608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111057661.4A Active CN113884550B (zh) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | 一种现场分层测定土体/混凝土介电常数的方法及其应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113884550B (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6246354B1 (en) * | 1998-10-15 | 2001-06-12 | Hilti Aktiengesellschaft | Method of determining of permittivity of concrete and use of the method |
CN101923063A (zh) * | 2010-08-19 | 2010-12-22 | 河南工业大学 | 一种粮堆中异物的识别方法 |
CN103323678A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-09-25 | 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院 | 一种现场测试岩土体相对介电常数的方法 |
CN104360046A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-02-18 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 一种码头混凝土结构内部隐患的综合物探联合诊断方法 |
CN105527305A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-04-27 | 江苏科技大学 | 一种基于材料电磁性能的混凝土强度检测方法 |
CN107305226A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-10-31 | 厦门大学 | 一种层状介质介电常数和厚度同时反演算法 |
CN107991392A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-05-04 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 一种利用声发射检测土质综合体土料特性的无损检测方法 |
WO2021077234A1 (en) * | 2019-10-25 | 2021-04-29 | Alberta Centre For Advanced Mnt Products | Underground localization using ground penetrating radar |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102012463A (zh) * | 2010-09-28 | 2011-04-13 | 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院 | 一种地层相对介电常数现场测定法 |
US9291710B2 (en) * | 2012-10-31 | 2016-03-22 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Method and apparatus for detecting subsurface targets using data inversion and a temporal transmission line model |
CN106164705B (zh) * | 2014-12-19 | 2019-03-08 | 中国科学院电子学研究所 | 采用一发多收雷达探测地外固态星体结构的方法与系统 |
CN105676000A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-15 | 中国神华能源股份有限公司 | 透射式ct探地雷达对土壤相对介电常数的测定方法 |
-
2021
- 2021-09-09 CN CN202111057661.4A patent/CN113884550B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6246354B1 (en) * | 1998-10-15 | 2001-06-12 | Hilti Aktiengesellschaft | Method of determining of permittivity of concrete and use of the method |
CN101923063A (zh) * | 2010-08-19 | 2010-12-22 | 河南工业大学 | 一种粮堆中异物的识别方法 |
CN103323678A (zh) * | 2013-06-07 | 2013-09-25 | 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院 | 一种现场测试岩土体相对介电常数的方法 |
CN104360046A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-02-18 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 一种码头混凝土结构内部隐患的综合物探联合诊断方法 |
CN105527305A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-04-27 | 江苏科技大学 | 一种基于材料电磁性能的混凝土强度检测方法 |
CN107305226A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-10-31 | 厦门大学 | 一种层状介质介电常数和厚度同时反演算法 |
CN107991392A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-05-04 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 一种利用声发射检测土质综合体土料特性的无损检测方法 |
WO2021077234A1 (en) * | 2019-10-25 | 2021-04-29 | Alberta Centre For Advanced Mnt Products | Underground localization using ground penetrating radar |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
MACROSCOPIC DIELECTRIC CONSTANT FORMULATION FOR ROUGH LAYERED;Xun Yang 等;《IGARSS 2019-- 2019 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium》;20191231;第744-747页 * |
基于无损检测方法的沥青路面介电特性与施工质量评价研究;刘涛;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)工程科技Ⅱ辑》;20170215(第2期);第17-34页 * |
嫦娥五号探月雷达的数据处理方法研究;刘海 等;《雷达科学与技术》;20210228;第19卷(第1期);第15-22页 * |
雷达波在混凝土无损伤检测中的应用;凃文戈 等;《建筑科学与工程学报》;20070930;第24卷(第3期);第82-86页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113884550A (zh) | 2022-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cui et al. | Modeling tree root diameter and biomass by ground-penetrating radar | |
Forde et al. | Radar measurement of bridge scour | |
Maierhofer et al. | Investigation of dielectric properties of brick materials as a function of moisture and salt content using a microwave impulse technique at very high frequencies | |
CN108981557A (zh) | 一种同时测定混凝土中钢筋直径及其保护层厚度的检测方法 | |
Tosti et al. | Determination, by using GPR, of the volumetric water content in structures, substructures, foundations and soil | |
Boll et al. | Using ground-penetrating radar to detect layers in a sandy field soil | |
Solla et al. | Uncertainty evaluation of the 1 GHz GPR antenna for the estimation of concrete asphalt thickness | |
CN110346454A (zh) | 基于排列式超声震源的混凝土浅表层超声面波检测方法 | |
CN102012463A (zh) | 一种地层相对介电常数现场测定法 | |
CN107290596A (zh) | 铁路道砟的介电常数测定方法和系统 | |
CN115597530A (zh) | 一种公路介质参数反演方法 | |
CN113884550B (zh) | 一种现场分层测定土体/混凝土介电常数的方法及其应用 | |
Simms et al. | In situ root volume estimation using ground penetrating radar | |
Illawathure et al. | Evaluating soil moisture estimation from ground‐penetrating radar hyperbola fitting with respect to a systematic time‐domain reflectometry data collection in a boreal podzolic agricultural field | |
CN110187191A (zh) | 一种实时获取标定材料介电常数的控制方法 | |
Rasol et al. | Analysis and calibration of ground penetrating radar shielded antennas | |
Lv et al. | Dielectric characteristics of unsaturated loess and the safety detection of the road subgrade based on GPR | |
CN114415132A (zh) | 一种城市埋地管道探地雷达校准方法 | |
Frid et al. | Irregular changes in antenna height during high speed scanning as a source of essential errors in measuring the thickness of asphalt | |
JP3108754B2 (ja) | 盛土材料の施工管理方法 | |
Takahashi et al. | Robust estimation of the dielectric constant of cylindrical objects using wideband radar transmission measurements | |
Panda et al. | Subsurface propagation velocity estimation methods in ground-penetrating radar: A review | |
Umar et al. | Implementation of Ground Penetrating Radar in Assessing Leachate in Sanitary Landfill | |
Mocnik et al. | Ground Penetrating Radar applications for roads and airport pavements investigations | |
CN115979304B (zh) | 一种基于真环境基准场的测深误差改正方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |