基樁三維聲波CT野外數(shù)據(jù)采集原理

一個(gè)基樁內(nèi)可能埋設(shè)有2個(gè)聲測(cè)管，3個(gè)聲測(cè)管，4個(gè)聲測(cè)管等。如果有多于4個(gè)聲測(cè)管，可以采用4個(gè)聲測(cè)管組合重復(fù)觀測(cè)。

如下圖所示：

一般以指北方向的聲測(cè)管編號(hào)為1，然后順時(shí)針對(duì)聲測(cè)管進(jìn)行編號(hào)。

野外進(jìn)行基樁聲波CT時(shí)，聲測(cè)管直徑大概為0.05 m（即5 cm）。野外進(jìn)行基樁聲波CT采集數(shù)據(jù)時(shí)，測(cè)量的是兩個(gè)聲測(cè)管外沿之間連線的距離，如下圖所示。

從圖可以看出，野外測(cè)量的兩個(gè)聲測(cè)管之間的距離，與實(shí)際的兩個(gè)聲測(cè)管圓心之間的距離，相差一個(gè)聲測(cè)管直徑。

傳統(tǒng)基樁聲波透射測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

一般來(lái)說(shuō)，野外測(cè)試時(shí)將兩個(gè)聲測(cè)管的聲波探頭高度調(diào)成一致，然后將兩個(gè)聲波探頭平行向上拉，采集聲波數(shù)據(jù)。

這種采集方法的優(yōu)點(diǎn)是便捷快速。射線路徑如圖(b)所示，從圖中可以看出，射線路徑是水平的。提取兩個(gè)探頭之間透射聲波的初至?xí)r間（即時(shí)差），即可畫出一條聲波時(shí)差隨深度變化的曲線，如圖(c)所示。聲波時(shí)差偏大的地方就是時(shí)差異常。由于兩個(gè)聲測(cè)管之間的距離基本一樣（兩個(gè)聲測(cè)管都是平行的情況），所以，兩個(gè)探頭間的聲波速度也可以畫出一條速度隨深度變化的曲線，如圖(d)所示，較低的速度位置一般對(duì)應(yīng)的是缺陷的位置。如果將速度畫成色階圖，如圖(e)所示，則可以較直觀地分析出基樁內(nèi)缺陷的深度分布和深度范圍。

同樣地，也可以畫出波幅隨深度變化曲線，根據(jù)振幅曲線，也可以輔助分析缺陷的水平位置。
由于這種測(cè)試方法不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，不需要反演，因此測(cè)試速度快，可實(shí)時(shí)成像。這種基樁聲波測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)缺陷的深度位置較準(zhǔn)確。

這種測(cè)試方法的缺點(diǎn)是不能給出缺陷的水平分布。
為了探測(cè)缺陷的水平分布情況，需要對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行改進(jìn)，增加傾斜測(cè)試，采用反演方法對(duì)缺陷進(jìn)行成像定位。

傳統(tǒng)聲波CT方法簡(jiǎn)介

改進(jìn)基樁聲波CT探測(cè)方法簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)基樁聲波透射測(cè)試方法速度快，但是只能給出缺陷的深度分布，無(wú)法給出缺陷的水平分布。傳統(tǒng)的聲波CT方法能準(zhǔn)確給出缺陷的深度分布和水平分布，但野外探測(cè)速度慢，數(shù)據(jù)量大，處理費(fèi)時(shí)。為了克服上述兩種方法的缺點(diǎn)，綜合其優(yōu)點(diǎn)，可以采用改進(jìn)聲波CT方法。

改進(jìn)基樁聲波CT探測(cè)方法如下圖所示。改進(jìn)聲波CT探測(cè)方法是每個(gè)聲測(cè)管的電纜上有兩個(gè)聲波探頭，這兩個(gè)探頭既可以作為發(fā)射探頭也可以作為接收探頭。每個(gè)深度位置的射線路徑有4條，既有平行射線又有傾斜射線，可以對(duì)CT剖面進(jìn)行反演成像，給出缺陷的深度方向分布位置和水平方向分布，同時(shí)，其野外采集方法與傳統(tǒng)聲波測(cè)試方法一樣，首先將聲波探頭放到基樁底部，然后同時(shí)提拉電纜，一次性采集完所有數(shù)據(jù)，野外測(cè)試速度快。

圖(a)是兩條電纜都在基樁底部時(shí)射線路徑圖，圖(b)是同時(shí)提拉兩條電纜到下一個(gè)位置時(shí)的射線路徑圖。野外采集時(shí)，保持提拉電纜的速度較慢且勻速時(shí)，基樁聲波儀器自動(dòng)進(jìn)行掃描疊加，以增強(qiáng)聲波信號(hào)的信噪比。一個(gè)聲波CT剖面的射線路徑圖如圖(c)所示，其成像效果圖如圖(d)所示。由于4個(gè)探頭的相對(duì)高差較小，透射聲波的振幅衰減較小，采集的聲波數(shù)據(jù)質(zhì)量高。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是野外采集速度快，數(shù)據(jù)量也不大，成像速度也較快，可以達(dá)到野外準(zhǔn)實(shí)時(shí)成像。

對(duì)一個(gè)CT剖面的射線路徑進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其可以分解為三種射線子集，如下圖所示。

圖(a)是總的射線路徑圖，圖(b)是分解的水平射線路徑圖，即1-2P射線路徑，表示1號(hào)探頭和2號(hào)探頭的深度一樣，圖(c)是分解的傾斜射線路徑圖，即1-2X射線路徑，表示1高2低，即1號(hào)探頭高，2號(hào)探頭低，圖(d)是分解的另外一種傾斜射線路徑圖，即2-1X射線路徑，表示2高1低，即1號(hào)探頭低2號(hào)探頭高。
由于在每個(gè)電纜上有兩個(gè)聲波探頭，這種改進(jìn)基樁聲波CT探測(cè)方法的測(cè)試數(shù)據(jù)中，可以直接提取出傳統(tǒng)聲波測(cè)試方法的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)1-2P數(shù)據(jù)集的時(shí)差圖實(shí)時(shí)給出缺陷的深度分布。同時(shí)，綜合1-2X和2-1X傾斜射線路徑集的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)實(shí)時(shí)地給出缺陷的水平位置分布情況。

基樁三維聲波CT結(jié)果

下圖是中科院模型樁聲波CT三維成像圖。從圖可以非常直觀分析基樁內(nèi)速度異常的三維分布。提取三維低速異常體的表面，還可以直觀看到基樁內(nèi)缺陷的立體分布。

基樁內(nèi)不同聲測(cè)管連線所構(gòu)成的CT速度剖面，也可以用來(lái)分析基樁內(nèi)聲波速度的分布，分析和識(shí)別基樁內(nèi)缺陷分布范圍。下圖是中科院模型樁1-3剖面聲波CT成像效果圖。圖(a)是反演的誤差下降曲線圖，圖(b)是時(shí)差擬合曲線圖，圖(c)是1-3剖面CT反演的速度分布圖，從圖可以明顯看到缺陷的深度分布和水平分布情況。

RSM-SY8基樁超聲波CT成像測(cè)試儀中配備的基樁跨孔法CT反演與成像軟件。

此程序操作簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)大、界面友好，主要表現(xiàn)在：
操作簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)大、界面友好、反演速度快、基樁速度三維立體圖三維動(dòng)態(tài)顯示、基樁缺陷三維立體圖三維動(dòng)態(tài)顯示、三維圖像可動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)和縮放、JCT軟件能顯示多種聲波CT分析圖件和三維立體圖動(dòng)態(tài)顯示基樁缺陷等，便于分析基樁缺陷分布