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基于小波变换的桩基检测中的声测管管斜修正

2020-03-13

    声波透射法是在预埋声测管之间发射接收超声波,通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化,对桩身完整性进行检测的方法。运用声波透射法对桩身质量进行检测具有方便、快捷、准确性高的优点。但在实际施工过程中声测管之间并不都是保持平行状态,致使测得的声时、声速、波幅大都含有声测管弯斜的影响,如图1所示,如果不进行修正,而直接对检测数据判读缺陷点,就可能干扰对检测结果的正确判断。

1、声波透射法检测原理及方法
    声波是弹性波的一种,假设混凝土介质为弹性体,则声波在混凝土中的传播服从弹性波传播规律。由发射探头发射的声波经水的祸合传到声测管,再在桩身混凝土介质中传播后,到接收端的声测管,再经水祸合,最后到达接收探头,如图2所示。由于液体或气体没有剪切弹性,只能传播纵波,因此超声波测桩技术采用的是纵波分量!’]。在无限大固体介质中传播的纵波声速为

    当混凝土介质的构成材料、均匀度、施工条件等内外因素基本一致时,声波在其中的传播参数应基本一致;而介质中存在缺陷时,声波在传播过程中就会产生绕射、反射、衰减等现象,使声时、声速、声幅、频谱等发生变化。根据混凝土声学参数测量值和相对变化,分析、判别其缺陷的位置和范围.评定桩基混凝土质量类别。

2、声测管管斜修正原理及方法

    声波透射法是通过实测并分析后的声速一深度曲线来进行直观的判定桩基的完整性,其中,由于声测管弯斜的存在导致声速一深度曲线整体变形、不连续,又由于混凝土密度
不均及缺陷的存在导致声速一深度曲线局部极易突变。而管斜修正想要达到的效果是将声速一深度曲线整体曲直但又要保留曲线上的局部突变部分,如图3所示。如果将声速一深度曲线看做离散信号的话,声测管不平行引起的曲线变形可以看做信号中的低频部分,混凝土密度不均及缺陷引起的曲线局部突变可以看做信号中的高频部分,进而管斜修正的问题就可以转化为保留离散信号中高频部分的问题,即信号留躁。
    小波变换在数字信号处理中的应用已是十分成熟,因此将以小波变换原理为基础实现对信号的留躁处理。其中,小波变换是将时域信号表示为若十描述子频带的时域分量之和,且提供了一种自适应的时域和频域同时局部变化方法。信号经小波变换表现为不同子频带分量之和,对原信号的局部时频分析就表现为对那些描述子频带的时域分量的分析,即小波变换将信号表示为若干描述子频带的时域分量之和“,,如图4所示。

    提出的管斜修正方法是利用离散小波变换(DWT)将信号中的低频和高频部分分解出来,然后将高频部分清零,再将低频部分与高频部分(已清零)进行离散小波反变换(IDWT)进而重构得到新的拟合信号(整体趋势与原始信号相符),最后从原始信号中剔除拟合信号并以初测管距为基准进行整体管距修正,已达到管斜修正的效果。
    具体实现过程如下:
    (1)定义结构体
    该步定义二叉树形式的结构体用于存储每次分解后得到

    该步使用离散小波变换(DWT)对原始信号进行递归分解(每次只对低频部分进行分解,如图4所示)。小波分解函数定义如下:
    void WaveDecIDataNode dataNode, Filter filter, int nLev-ell;
    参数解析:dataNode为待分解原始信号;filte:为滤波器,本文默认采用db6小波基;nLevel为分解层数(图4表示分解4层)。
    (3)高频清零
    该步将每一层分解出来的高频信号值赋,即将图4中的H1、HL2, HL3赋值为0}
    (4)小波重构
    该步为小波分解的反向操作,即使用低频数据与高频数据(已清零)通过离散小波反变换(IDWT)重构成新的拟合信号,如图5所示。小波重构函数定义如下:
    List<float> WaveRec (DataNode dataNode, Filter filterint nLevel, int deNoiType)
   参数解析:dataNode为分解后并高频清零的二叉树数据filte:为滤波器;nLevel为原始数据被分解的层数;deNoiType为去燥方式,采用高频清零方式。

    (5)管距修正
    该步用原始信号数据减去拟合信号数据得到噪声数据,此时的噪声数据中不包含有管距信息(相减时抵消掉了),所以需根据桩基实测时的桩顶管距对噪声数据进行管距修正,并最终达到管斜修正的效果。

3、应用实例
    某工地采用钻孔灌注桩基础,桩径1000mm,桩长60.5m,混凝土设计强度等级为C30,预埋3根声测管,1-2剖面管距为620mm,实测声速一深度曲线、波幅一深度曲线、PSD一深度曲线如图5左所示。声速一深度曲线顶端及中间偏下有两处凸起。桩顶声速为4.62km/s、桩底声速为4.58km/s,均在混凝土声速的正常取值范围内,但中间凸起部分声速最大达到8.69km/s。因此必须对该剖面测点测距进行合理修正,否则声速指标对判断桩身混凝土质量没有实际意义。根据提出的管斜修正方法对该剖面进行修正,如图6所示,修正后整体平均声速在4.44km/,左右符合正常范围且管斜修正后很好地保留了局部缺陷。可见,修正后的声速曲线及数据线更加合理.以,在进行服务系统的管理过程中,首先要加强对服务器运行状态的监控,防止外部的恶意人侵。然后定期对杀毒软件进行修复和对系统漏洞进行修补,对可能发生的危险进行有效的预防。除此之外,还需要建立一个局域网,需要实现图书馆与其他网络的安全隔离;级别更高的地方,则需要加强管理;做好备份日志和对一些关键设备进行覆盖性的监控。


来源:http://www.57269.net/news/2020313405.html
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