适用于检测冻土的超声波测试系统的设计与研制

超声波波速测试作为一种无损检测已经广泛应用到岩土工程行业,该测试方法也是获得岩土体物理力学参数的有效方法.目前鲜有关于冻土的声波测试的技术和方法的报导,已有的冻土声波测试都是在垂直方向上忽略换能器的质量并在常温下快速测试声波通过时间,难以满足测试精度.鉴此,在购置常温声波测试主机的基础上,充分考虑冻土对温度敏感的特性、换能器在水平方向的测试以及土样与换能器之间的耦合程度,设计了一种适用于多种类型的冻土超声波换能器支架和恒温箱的测试系统,恒温箱意在提供适合不同温度下土体的测试环境(-30℃^+30℃),换能器支架可供低温、提供多种尺寸冻土试样的横波和纵波的测试平台.为避免垂直测试中换能器和土样自身对测试的影响,除了支架提供水平测试平台外,在调节换能器与土样接触距离的螺杆顶端放置应变片测试冻土样与换能器之间的接触程度以提高冻土声波波速的测试精度.利用该测试系统对不同负温下冻土样品进行测试,数据结果证明了该测试系统的实用性和良好的测试精度.

冻土纵、横波宽带超声换能器的研制

根据冻土弹性波测试的要求，研制了一种冻土测试用的 ５００ ｋＨｚ纵波、横波复合宽带超声换能器，其性能具有灵敏度高、频带宽、声阻抗低的特点，适用于冻土力学特性的测试．文章介绍了它的结构及相应系统特性，并以１０ｐｓ的延时时间精度，在零度以下气温条件下，实测了不同含水量及负温冻结兰州黄土试块的纵、横波速，获得了好的结果．

高温冻土中孔隙水压力量测初探

采用2种室内压缩试验方法研究高温冻土在变温变载条件下孔隙水压力的变化规律,即通过恒载变温试验和恒温变载试验分别从升温和加载的角度考虑高温冻土中孔隙水压力的变化,分析了孔隙水压力与温度变化及加载的关系.结果表明:高温冻土中孔隙水压力变化对荷载较为敏感,温度决定了孔隙水压力变化的实效性,在温度越高的条件下,孔隙水压力对加载的响应越快.同时,试验提出了研制探头刺入式微小孔隙水压力计的研究思路,以便更加深入的研究高温冻土中孔隙水压力的变化.

用1-3及2-2连通复合换能器测量冻土

根据冻土弹性波测试要求,研制了一种测试冻上用的500kH2纵波、横波1-3及2-2连通复合超卢换能器,其灵敏度高、频带宽、声阻抗低、波形简单及脉冲波形前沿徒削,亦适用于其它介质力学特性测试。文章介绍了换能结构原理及测量系统特性,实测了不同含水量(7％-25％)及负温(-2℃--20℃)条件下兰州黄土试块的纵、横波声速,获得很高测量精度(10ps级)。

冻土纵、横波复合宽带超声换能器系列研制

根据冻土弹性波测试的要求 ,本文研制成功一种冻土测试用 2 5 0kHz、5 0 0kHz和 1MHz系列的纵波、横波复合宽带超声换能器 .这种换能器具有灵敏度高、频带宽、声阻抗低的特点 ,适于冻土力学特性测试 .作者介绍了它的结构及相应系统特性 ,并以1 0ps的延时时间精度 ,在零度以下气温条件下 ,实测了不同含水量 ( 7%、1 0 %、1 6 %、2 2 %和 2 5 % )及负温 ( - 2℃、- 4℃、- 6℃、- 8℃、- 1 0℃、- 1 2℃、- 1 4℃、- 1 6℃、- 1 8℃和 - 2 0℃ )冻结兰州黄土试块的纵、横波速 ,获得了较好的结果 .

一种冻土施工用挖掘装置设计

为解决高原冻土挖掘问题,设计一种冻土施工用挖掘装置,以解决传统冻土开挖作业存在的问题。该装置铲斗斗齿在与作业介质冻土相接触的同时,通过主控电路打开超声换能器,释放出超声波。超声换能器向挖掘切面前方定向发出频率在50 kHz~80 kHz的振动声波,振动能量不断被冻土层吸收转化为热量而使挖掘层面的温度升高,层面内的结晶水融化为液态水,使层面处的土壤抗剪强度显著降低,再结合空化作用降低层面挖掘阻力,从而提升作业效率,避免升温挖掘引发环境与安全问题。结果表明:采用本装置作业时土壤热融层面小,不会造成热融坍塌,且超声振动与机械挖掘同时进行,效率高,施工成本低。