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原文传递基于瑞利面波原理的道路裂缝检测方法研究

论文题名：	基于瑞利面波原理的道路裂缝检测方法研究
关键词：	道路养护;表面裂缝;内部裂缝;检测方法;瑞利面波
摘要：	基于瑞利面波在裂缝处的传播特性，提出检测表面裂缝和内部裂缝的方法，表面裂缝的检测目标包括表面裂缝的深度、长度和角度，其中表面裂缝深度是指表面裂缝下尖端与介质表面之间的垂直距离，表面裂缝长度是指表面裂缝上尖端与下尖端之间的距离，表面裂缝角度是指表面裂缝与水平面之间的夹角；内部裂缝的检测目标包括内部裂缝的深度和水平位置，其中内部裂缝深度是指内部裂缝上尖端与介质表面之间的垂直距离，内部裂缝水平位置是指内部裂缝上尖端的水平位置。　　本文研究工作分为数值仿真模块和试验验证模块，在数值仿真模块建立了二维的道路模型，在模型表面设置震源点和接收点，其中震源点用来施加脉冲荷载，接收点用来检测应力波的能量及到达时间，在模型中设置了表面裂缝或者内部裂缝。在试验验证部分，通过现场试验验证表面裂缝深度检测方法的可靠性与合理性。　　在研究表面裂缝深度的检测方法时，将表面裂缝深度除以瑞利面波波长得到表面裂缝归一化深度，发现能量传递系数与表面裂缝归一化深度之间存在固定的关系，与瑞利面波的中心频率、表面裂缝的深度无关，基于这种固定关系可以得到能量传递系数关系曲线。当现场试验得到的能量传递系数Tr＞0.1时，可以依据该条曲线计算表面裂缝的深度dS。　　在研究表面裂缝长度的检测方法时，基于瑞利面波在表面裂缝处的传播特性，发现可以利用瑞利面波在表面裂缝左右侧面的传播时间、传播速度计算表面裂缝的长度LS，且根据这种方法计算得到表面裂缝长度与裂缝实际长度的误差百分率一般小于10%。　　在研究表面裂缝角度的检测方法时，基于瑞利面波在表面裂缝处的传播特性，发现可以利用衍射纵波从表面裂缝下尖端传播到接收点的时间、衍射纵波的传播速度计算得到表面裂缝下尖端与接收点之间的距离。已知表面裂缝右上角与接收点之间的距离、表面裂缝的长度、表面裂缝下尖端与接收点之间的距离，可以基于三角余弦公式计算表面裂缝的角度θS，与实际裂缝角度的误差百分率一般小于15%。　　在研究内部裂缝的深度时，将内部裂缝的深度除以瑞利面波的波长得到内部裂缝的归一化深度，发现能量传递系数与表面裂缝归一化深度之间存在固定的关系，这种关系与瑞利面波的中心频率、内部裂缝的深度无关，基于这种关系可以得到内部裂缝的能量传递系数关系曲线。当现场测得的能量传递系数Tr＜0.8时，可以依据该条曲线计算内部裂缝的深度dSB。　　在研究内部裂缝的水平位置时，基于瑞利面波在内部裂缝处的反射现象，利用反射瑞利面波与入射瑞利面波经过接收点的时间差、瑞利面波的传播速度，可以计算得到内部裂缝上尖端与接收点之间的距离，与实际距离的误差百分率一般在10%以内。同时，研究发现内部裂缝的角度会对计算结果的精度产生影响，当内部裂缝角度θSB为90°时计算精度最高，随着偏离90°程度的增加，计算精度逐渐降低。　　除了进行数值仿真外，还进行现场试验来验证表面裂缝检测方法的可靠性与合理性，根据提出的方法可以计算得到表面裂缝的深度，与现场取芯得到实际裂缝深度的误差百分率约为20%。
作者：	韩道成
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	张伟光;张玉贞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021