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微动勘探技术及其在土木工程中的应用

岩石力学与工程学报 2003年第6期22卷 1029-1036页

作者：冯少孔中央开发株式会社探查计测部

介绍阵列微动勘探这一新的勘探方法,并结合现场试验数据探讨该方法在土木工程地质调查领域中的应用。在土木工程、地震防灾等领域,地下的横波速度分布是一个重要物性参数,通常是通过钻孔,利用P-S波测井取得。这一方法虽然能获得较精确... 详细信息

介绍阵列微动勘探这一新的勘探方法,并结合现场试验数据探讨该方法在土木工程地质调查领域中的应用。在土木工程、地震防灾等领域,地下的横波速度分布是一个重要物性参数,通常是通过钻孔,利用P-S波测井取得。这一方法虽然能获得较精确的速度值,但由于需要钻孔,成本高,费时长,而且对环境有一定的破坏作用。近年来在日本开发了一种新的勘探方法——阵列微动勘探(array microtremor survey),该方法通过布置于一定范围内的数台地震仪同步地记录微动信号,然后以平稳随机过程为理论依据,从微动信号中提取瑞雷面波的频散特性,最后通过对频散曲线反演来推测地下的横波速度分布。通过现场试验数据分析,探讨该方法在土木工程领域的应用可能性。试验结果表明,由微动勘探获得的地下横波速度模型与传统的P-S波测井结果整体上具有很好的一致性,虽然阵列微动勘探的分辨率差一些,但对于较厚的地层,求得的横波速度及界面深度有较高的精度。该方法与传统的利用钻孔的P-S波测井方法相比,施工简单、成本低、费时短、对环境无任何影响,特别适用于人口密集、交通繁忙的市区。如果该方法与钻孔相结合,可以通过少量钻孔快速、准确地把握地下的三维横波速度模型。

关键词：土木工程微动勘探面波横波速度遗传算法工程地质

基于模式匹配的网格扫描法在高铁线下结构检测中的应用

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振动与冲击 2019年第16期38卷 159-165页

作者：范岩旻车爱兰冯少孔上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

高铁是连接地区交通的纽带,我国计划2030年将建成近4万km的高速铁路,形成八横八纵铁路网;但是高速铁路线下结构在长期的运营中会产生如混凝土裂缝、结构层脱空、砂浆层离隙等病害。高速铁路线下结构病害检测要求效率高、精度高、设备集... 详细信息

高铁是连接地区交通的纽带,我国计划2030年将建成近4万km的高速铁路,形成八横八纵铁路网;但是高速铁路线下结构在长期的运营中会产生如混凝土裂缝、结构层脱空、砂浆层离隙等病害。高速铁路线下结构病害检测要求效率高、精度高、设备集成化程度高;针对高铁线下结构的典型病害CA砂浆层脱空及离隙,提出了基于模式匹配法的网格化扫描检测方法,该方法基于线下结构标准设计,考虑砂浆层离隙的空间分布特征,建立三维有限元模型;通过数值模拟,模拟不同病害下网格化扫描法接收的弹性波响应,完成病害特征匹配库;通过多轮匹配、权重值矩阵和阈值函数,设计了模式匹配算法,对匹配的结构损伤识别要素进行敏感性分析,通过合理设计网格尺寸实现病害平面分布20 cm内的精确评价。设计了网格化检波器阵列,成功应用到沪杭高铁虹桥站线下结构检测中,完成线下结构快速、实时、定量化的病害检测。

关键词：模式匹配网格化扫描法高速铁路线下结构病害特征病害匹配库

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钻孔成像中结构面自动判读技术研究

岩土力学 2011年第3期32卷 951-957页

作者：吴剑冯少孔李宏阶中国三峡集团公司湖北宜昌443001 中央开发株式会社探查计测部三峡大学湖北宜昌443002

通过钻孔数字成像系统得到地质钻孔的孔壁数字图像并研判地下地质结构是一种重要的地质勘查手段。对钻孔成像中的结构面信息的判读通常是由人工完成的,不同的人判读结果可能存在差异。钻孔成像自动辨识结构面系统首先对图像进行RGB(red... 详细信息

通过钻孔数字成像系统得到地质钻孔的孔壁数字图像并研判地下地质结构是一种重要的地质勘查手段。对钻孔成像中的结构面信息的判读通常是由人工完成的,不同的人判读结果可能存在差异。钻孔成像自动辨识结构面系统首先对图像进行RGB(red红,green绿,blue蓝)到HSV(hue色相,saturation饱和度,value明度)颜色空间的转换,使得结构面信息突出显示出来,以利于图像的结构面提取;再对转换后的S分量进行图像滤波及增强等预处理,然后对图像进行分割,对分割后的图像进行数学形态学中的二值图像边缘提取和细化处理,快速分离出结构面信息,对结构面边缘进行有效的提取;最后采用正弦曲线的Hough变换对图像边缘点进行识别,可得到钻孔结构面的产状和厚度参数。以实际钻孔数字图像为例,经过钻孔成像自动辨识结构面系统提取了其中的4个结构面的空间参数,与人工判读结果比较,自动辨识得到的参数更精确,结果具有唯一性。

关键词：钻孔成像结构面判读图像处理 Hough变换

高密度面波法在堆石体结构密实度检测中的应用

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上海交通大学学报 2013年第10期47卷 1574-1579页

作者：王千年车爱兰冯少孔寿晨上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 东南大学土木工程学院南京211189

针对高密度面波法在堆石体结构密实度检测中的检测指标及评价标准问题,基于堆石体结构的典型功能层结构建立2维有限元模型,综合考虑了不同密实度类型,模拟高密度面波检测过程,并对数值模拟结果进行频散分析,建立在不同密度堆石层中波的... 详细信息

针对高密度面波法在堆石体结构密实度检测中的检测指标及评价标准问题,基于堆石体结构的典型功能层结构建立2维有限元模型,综合考虑了不同密实度类型,模拟高密度面波检测过程,并对数值模拟结果进行频散分析,建立在不同密度堆石层中波的传播速度与堆石体结构密实度的相关关系.以吴淞导堤堆石坝为对象,实施高密度面波法现场数据采集及分析,详细介绍了堆石体结构检测中的实施过程及数据处理方法,通过频散分析及构造反演,得到导堤结构的速度-深度分布,并利用速度-密实度相关关系对导堤结构密实度的空间分布进行了评价.

关键词：堆石体结构密实度高密度面波法

利用表面波勘探检测沉管隧道压浆法的充填效果

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上海交通大学学报 2011年第5期45卷 648-652,658页

作者：车爱兰黄醒春郭强冯少孔上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200030 中央开发株式会社

基于天津中央大道海河沉管隧道工程的大型试验模型,利用表面波勘探技术检测其混凝土管段水下注浆基础的施工效果,从频率特性和现场环境等方面选择表面波勘探设备的类型和技术指标,优化检波器的设置和排列组合方式,开发了适合快速无损检... 详细信息

基于天津中央大道海河沉管隧道工程的大型试验模型,利用表面波勘探技术检测其混凝土管段水下注浆基础的施工效果,从频率特性和现场环境等方面选择表面波勘探设备的类型和技术指标,优化检波器的设置和排列组合方式,开发了适合快速无损检测隧道的设备配置和施工方法.通过现场表面波勘探和频散分析,综合判断隧道底部注浆的密实效果,并与模型撤离后的目测结果进行比较,以验证该勘探技术和分析方法的可行性.结果表明,表面波勘探方法的穿透深度大且不受钢筋影响,能够快速、准确地检测沉管隧道的注浆质量.

关键词：表面波勘探沉管隧道注浆质量

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大型预应力混凝土立墙内裂缝检测与成因浅析

上海交通大学学报 2015年第7期49卷 977-982页

作者：冯少孔黄涛李海枫上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200030 中国水利水电科学研究院北京100038

针对某大型调水工程的双向预应力混凝土立墙内出现劈裂问题,在分析立墙结构特点的基础上,采用冲击映像法对裂缝的平面分布、严重程度以及损坏区域所占比例等进行了详细检测和成因分析,并通过取芯检验和带预制缝的有限元法数值模拟,验证... 详细信息

针对某大型调水工程的双向预应力混凝土立墙内出现劈裂问题,在分析立墙结构特点的基础上,采用冲击映像法对裂缝的平面分布、严重程度以及损坏区域所占比例等进行了详细检测和成因分析,并通过取芯检验和带预制缝的有限元法数值模拟,验证了检测结果和分析结论.成功获取的56个芯样显示,冲击映像法对内部裂缝分布范围的检测精度高,分辨率好,检测结果为立墙的修复提供了可靠的基础资料.现场检测和数值模拟显示,容纳预应力钢筋的波纹管注浆不密实,内部积水在冬季冻胀是引起混凝土内部劈裂的根本原因,为我国北方寒冷地区后张法预应力结构物波纹管注浆作业质量控制的重要性和注意事项提供了例证.

关键词：大型预应力混凝土立墙裂缝检测裂缝机制冲击映像法

基于横波传播特性的无损检测方法及在沉管隧道基础灌砂检测中的应用

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振动与冲击 2017年第20期36卷 30-36页

作者：张腾瑜车爱兰惠祥宇冯少孔上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

采用各种探测手段揭示目标介质内部构造一直是工程界所关心的重要课题。以三维层状介质中的弹性场传播特性为基础,建立基于横波传播特性的无损检测方法。采用有限元数值模拟方法,针对含有低速夹层的水平层状介质模型,获得下部介质变化... 详细信息

采用各种探测手段揭示目标介质内部构造一直是工程界所关心的重要课题。以三维层状介质中的弹性场传播特性为基础,建立基于横波传播特性的无损检测方法。采用有限元数值模拟方法,针对含有低速夹层的水平层状介质模型,获得下部介质变化时横波响应波形数据,并对其进行波形形态、响应能量等特性分析,揭示当低速夹层介质的物理参数改变时,在模型表面接收到的横波响应特性与下部介质的相对密实度等参数的关系,明确基于横波传播特性的无损检测方法的有效性和精确性。在数值计算的基础上,开展沉管隧道底板灌砂全尺寸模型试验研究,采集灌砂施工前后的横波响应波形数据,通过对横波响应波形形态及响应能量分布进行可视化处理,实现对沉管隧道底板灌砂效果的评价。

关键词：横波传播特性响应能量相对密实度灌砂效果

基于弹性波理论的高铁线下结构病害快速检测方法

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上海交通大学学报 2015年第7期49卷 1010-1016页

作者：杨鸿凯车爱兰汤政冯少孔上海交通大学土木工程系上海200240

基于对高铁线下结构及其病害的调查与分析,将高铁线下结构简化为二维的多层层状结构,以此为基础建立高铁线下结构二维缺陷模型,采用有限元动力法分析弹性波的传播特性,特别是其波形能量、卓越频谱特性.研究不同缺陷类型时弹性波的传播... 详细信息

基于对高铁线下结构及其病害的调查与分析,将高铁线下结构简化为二维的多层层状结构,以此为基础建立高铁线下结构二维缺陷模型,采用有限元动力法分析弹性波的传播特性,特别是其波形能量、卓越频谱特性.研究不同缺陷类型时弹性波的传播特性的变化规律,建立两者间的定性关系.在此基础上,针对高铁线下结构常见的两种病害类型开展1∶1比例尺模型试验研究,探讨了数据采集、分析及成果可视化等研究方法,评价了预设缺陷的空间分布.

关键词：高铁线下结构病害类型弹性波场二维缺陷模型模型试验

高密度面波探测在隧道混凝土质量检测中的应用

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上海交通大学学报 2011年第S1期45卷 1-6页

作者：车爱兰冯少孔常旭上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200030 中国科学院地球物理所北京100029

从频率特性和现场环境下的可操作性等方面优化震源激发方式,决定各部分设备的类型和技术指标,优化检波器设置方式以及检波器阵列组合关系,决定适合隧道快速无损检测的设备和施工方法,对天津市引滦入津输水隧洞进行现场表面波勘探检测.... 详细信息

从频率特性和现场环境下的可操作性等方面优化震源激发方式,决定各部分设备的类型和技术指标,优化检波器设置方式以及检波器阵列组合关系,决定适合隧道快速无损检测的设备和施工方法,对天津市引滦入津输水隧洞进行现场表面波勘探检测.通过现场取样、室内样品测试,研究各种混凝土配合比下的弹性波速度和单位体积强度对应关系.对现场检测结果和现场取样结果进行对比分析,综合判断1~2 m范围内混凝土的劣化、剥离、围岩松动以及是否形成了空洞,最终建立表面波勘探无损检测法的判别标准.结果显示,该方法穿透深度大、不受钢筋影响,能够快速、准确地进行隧道混凝土质量的检测.

关键词：表面波探测隧道快速无损检测混凝土质量