岩土工程测试与检测技术复习资料

岩土工程测试与检测技术名词解释64分=24分简答（基本概念、方法）76分=42分计算与论述4个34分§1概念、系统选型精度高量程低，如何选择仪器测试技术基本概念（线性度、灵敏度）压电式、正弦式传感器的基本原理稳定性、误差等选测试方法§2传感器：相关概念、分类、命名了解（压电式如何标定、如何采用措施消除误差正弦式原理（土压力计典型代表、相应计算）正弦式基本概念及计算§3声波测试、声发射（课件）声波测试基本原理纵、横波概念、计算方法、测桩完整性、裂缝测试等测试方法新测裂缝测试反象在岩体中测试应用：完整性指标凯瑟效应§4载荷试验：静载荷试验（及基本原理）拐点——判断桩的极限荷载加载方法：终止加载的判断判桩的极限荷载——拐点承载力特征值与极限荷载的确定（曲线拐点）桩基础检测、多根桩——求平均值——误差系数（0.15,均值——特征荷载；0.15，——查表修正）动测：应力波反射法曲线判定桩体缺陷的位置——计算§5现场检测的常用特殊方法边坡、基坑、的安全监测监测：地下洞室（多点位移计、收敛观测）监测内容：｛锚杆检测、地表变形——大地水准测量、水平监测——原理、方法（基坑顶部、坑底）项目选取沉降观测、大地水准测量深层水平位移的方法、原理了解垂直监测水平监测测试系统元件的选取（参数）锚杆无损检测第一、二章测试技术基础知识、传感器1.检测的基本概念：(1)检测与测量：检测是意义更为广泛的测量；测量是以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作。(2)检测技术：包含测量和信号检测极为重要。(3)测试系统的原理结构：被测对象的被测量传感器数据传输环节数据处理环节数据显示环节。(4)测量系统：由传感器（一次仪表）、中间变换和测量电路（二次仪表）组成。（5）显示和记录系统：它是将信号及其变化过程显示或记录（或存储）下来，是测试系统的输出环节。2.传感器：指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。组成：敏感元件、转换元件、测试电器参数：a灵敏度：单位被测量引起的仪器输出值的变化。b线性度：标定曲线与理想直线的接近程度。c迟滞性：指输入逐渐增加到某一值与输入逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等。（百科：指一系统的状态(主要多为物理系统)，不仅与当下系统的输入有关，更会因其过去输入过程之路径不同，而有不同的结果。）d分辨率：指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。3.传感器的分类：（1）按变换原理分类：电阻式、电容式、压电式、钢弦式、光电式等；（2）按被测物理量分类：位移传感器、压力传感器、速度传感器。4.传感器的命名：（1）传感器的全称由“主题词+四级修饰语”组成。一级修饰语——被测量（位移、压力、速度）二级修饰语——转换原理（应变式、电阻式、电容式、压电式、钢弦式、光电式）三级修饰语——特征描述（指务须强调的传感器结构、性能、材料特征及敏感元件等）四级修饰语——主要的技术指标（如，量程、精度、灵敏度等）（2）使用场合不同修饰语排序亦不同a在有关传感器的统计表、图书检索及计算机文字处理等场合，命名顺序为正序“主题词+一级修饰语+二级修饰语+三级修饰语+四级修饰语”；（例，传感器、位移、应变式、100mm）b在技术文件、产品说明书、学术论文、教材、书刊等的陈述句中，传感器名称采用反序为“四级修饰语+三级修饰语+二级修饰语+一级修饰语+主题词”（例，100mm应变计式位移传感器）5.压电式传感器：是基于压电效应的传感器，其敏感材料由压电材料制成。原理：压电材料受力后表面产生电荷，电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出，从而达到检测目的装置。优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。6.压电效应：指某些物质，当沿着一定方向对其加力而使其变形时，在一定表面上将产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态的现象。7.振弦式（钢弦式）传感器：敏感元件为一根金属丝弦。原理：将敏感元件与传感器受力部件连接固定，利用钢弦的自振频率与钢弦所受到的外加张力关系式测得各种物理量。优点：结构简单可靠，传感器的设计、制造、安装和调试非常方便，且钢弦经过热处理后蠕变极小，零点稳定。计算：书P15（2-12、2-13）8.传感器的标定（率定）：（1）定义：是利用精度高一级的标准器具对传感器进行定度的过程，从而确定其输出量与输入量之间的对应关系，同时也确定不同使用条件下的误差关系。（2）标定原因：由于传感器在制造上的误差，即使仪器相同，其输出特性曲线也不尽相同。尽管传感器在出厂前都作了标定，但传感器在运输、使用等过程中，内部元件和结构因外部环境影响和内部因素的变化，其输出特性也会有所变化，因此，必须在使用前或定期进行标定。（3）标定步骤：静态标定（标定静态特性指标：线性度、灵敏度、滞后和重复性等）：a、将传感器测量范围分成若干等间距点；b、根据传感器量程分点情况，输入量由小到大逐渐变化，并记录各输入输出值；c、将输入值由大到小逐点减少下来，同时记录下与各输入值相对应的输出值；d、重复上述两步，对传感器进行正反行程多次重复测量，将得到的测量数据用表格列出或绘制曲线；e、进行测量数据处理，根据处理结果确定传感器的静态特性指标。动态标定（标定动态特性：动态灵敏度、固有频率、频响范围等）：需有一标准信号对它激励，用标准信号激励后得到传感器的输出信号，经分析计算、数据处理、便可决定其频率特性。9.测试系统的选用：精度越高，量程越低1）灵敏度。一般测试系统的灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。a)灵敏度过高引起的干扰问题；b)量程范围。c)交叉灵敏度问题。2）响应特性。测试系统的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。实际上测试系统的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。3）线性范围。任何测试系统都有一定线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。测试系统工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件4）稳定性。稳定性是表示在规定条件下，经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响稳定性的因素是时间与环境。5）准确度。准确度是表示测试系统获得的测量结果与真值的一致程度。6）测量方式。工作方式，也是选择测试系统时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。10.监测仪器（传感器）和元件的选择：应从仪器的技术性能、仪器埋设条件、仪器测读的方式和仪器的经济性四个方面加以考虑。其原则如下：（1）仪器技术性能的要求：仪器的可靠性，仪器的使用寿命，仪器的坚固性和维护性，仪器的精度，灵敏度和量程。（2）仪器埋设条件要求：a、仪器选型时，应考虑其埋设条件；b、当施工要求和埋设条件不同时，应选择不同仪器。（3）仪器测读方式的要求：仪器选型时应根据监测系统统一的测读方式选择仪器，以便于数据通讯、数据共享和形成统一的数据库。（4）仪器选择的经济性要求：保证技术使用要求时，使仪器购置、损耗及其埋设费用最为经济。11.测量误差：测量误差的基本理论是实验结果、实验数据与其理论期望值不完全相同。定义：测量所得数据预期相应的真值之差。真值为客观真实值是未知量。约定真值：世界各国公认的几何量和物理量的最高基准的量值理论真值：设计时给定或用数学、物理公式计算出的给定值相对真值：标准仪器的测量值或用来测量标准用的标准器的值12.相对误差：测量的绝对误差与被测量的真值之比。13.如何采取措施消除误差（不确定是否正确）：a、测量时尽可能把每项测量工作单独交给一个人负责，避免因每个人的习惯不同造成的误差。b、可对每个测点进行三次测量，取其中相差较小的两组数据的平均值作为测量数据；c、应在测量现场对测量数据进行分析，以便在发现测量数据有异常或有破坏特征时，可对测点进行再次观测，核对所测数据的准确性。d、仪器在使用前应进行标定，以避免外部环境的改变对测量的影响。第三章、声波测试1.声波测试基本原理以人工激振的方法向岩土或混凝土介质激发一定频率的弹性波，这种弹性波在一定的空间距离经介质物理特性调制和传播后，由接收仪器接收，通过分析和研究弹性波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，来确定岩土介质或混凝土结构的力学特性，了解它们的内部缺陷，解决一系列岩土工程中的相关问题。2.纵波：（1）定义：介质质点的振动方向与波的传播方向一致，这种波称为纵波，又称为P波.（2）计算方法：Vp=)21)(1()1(2EG3.横波：（1）定义：介质质点的振动方向与波的传播方向垂直，这种波称为横波，又称为S波.（2）计算方法：Vs=2(1)GE4.测桩完整性方法：声波透射法。基本原理：由超声脉冲収射源向混凝土内収射高频弹性脉冲波，幵用高精度的接收系统记彔该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性；当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明显降低；当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记彔不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内混凝土存在缺陷的性质、大小及空间位置。在桩基施工前，根据桩直径大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。测试时每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器中収射出去，在另一根声测管中的换能器接收信号，超声仪测定有关参数，采集记彔储存。换能器由桩底同时往上或桩顶同时往下逐点检测，遍及各个截面。5.裂缝测试方法：（1）当裂缝不是很深，一般在50m以内可以用表面平测法进行测定（2）当裂缝所在结构具有两个相对测试面时，可采用双面斜测法测裂缝（3）当某些大体积混凝土结构出现深度超过50m深的裂缝，又无相对的两个面可供测量时，只有采用钻孔对测法，用径向换能器在钻孔中测量6.（1）波形反相：当我们从短测距开始作跨缝测量时，随着测距增大，到达某一测距时，会发现波形发生翻转，这就是波形反相.（2）波形反相法：在跨缝测量时，随着换能器测距的增加，观察波形反相収生在哪一个测距处。然后以发生波形反相处，及前一个测距处的数据按上述公式计算裂缝深度并取其平均值作为最后测定结果.7.完整性指数Kv（龟裂指数）：岩体弹性纵波速度与岩石弹性纵波速度之比的平方.8.凯塞效应：当材料被加载时，有声发射信号发生，若卸去后第二次再加载，则在卸荷点以前几乎不再有声发射信号，只有当超过第一次加载的最大荷载后，才有声发射出现，这种现象称为声収射的不可逆效应，也称凯塞效应。9.新测裂缝：跨缝测量中首波反相的原因有待进一步探讨，但有一点是明确的：首波反相是在换能器间距大致为裂缝深度的1～1.5倍左右时发生。根据这一情冴，新修订的超声测缺规程中，增列了波形反相法。即在跨缝测量时，随着换能器测距的增加，观察波形反相収生在哪一个测距处。然后以収生波形反相处，及前一个测距处的数据计算裂缝深度并取其平均值作为最后测定结果。第四章、载荷试验1、静载荷试验：是一种最古老的、并被广泛应用得土工原位测试方法。在拟建建筑场地开挖至预计基础埋置深度的整平坑底放置一定面积的方形（或圆形）承压板，在其上逐级施加荷载，测定各相应荷载作用下地基沉降量。根据试验得到的荷载--沉降关系曲线，确定地基土的承载力；计算地基土得变形模量。由试验求得的地基土承载力特征值和变形模量综合反映了承压板下1.5--2.0倍承压板宽度（或直径）范围内地基土的强度和变形特征。2、地基土的终止加载判断、极限荷载判定:(1).承压板周围的土明显侧向挤出(2)沉降s急剧增大，荷载--沉降（p-s）曲线出现陡降段(3)某一荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准(4)S/b大于0.06（b--承压板宽度或直径）满足前三种情况之一时，其