專利名稱：：一種檢驗土遺址加固效果的無損檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及無損檢測
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體的講，涉及一種用于檢測土遺址加固效果的無損檢測方法。
背景技術(shù)：
：我國西北地區(qū)的新疆、甘肅、寧夏和陜西境內(nèi)，遺存下許多古代土建筑遺址，如陜西西安近郊的半坡村和甘肅秦安縣的大地灣人類居住遺址，新疆吐魯番地區(qū)的交河古城，甘肅安西縣的鎖陽城古城；西夏王陵土等土遺址。這些土建筑遺址歷史久遠(yuǎn)，有很高的考古學(xué)和歷史價值，充分顯示中華民族古老文化的文明。土遺址的類型一般分為粉質(zhì)粘土或粉質(zhì)砂土夯筑，或直接利用生土挖造，或利用土坯砌筑，或用木模板筑泥建造。在氣候干燥時，土遺址有相對較高的強(qiáng)度，可是一旦遇水，土遺址即強(qiáng)烈崩解。這就決定了土遺址是遺址文物中最難保存的一類。西北地區(qū)露天土遺址之所以保存下來，緣于西北干旱少雨的獨特氣候條件。但是，千百年來，嚴(yán)重的風(fēng)蝕和集中強(qiáng)降雨沖刷破壞，大批的土遺址風(fēng)化、大面積坍塌，正遭受毀滅性的破壞。研究土遺址的病害及成因，針對性的進(jìn)行搶救保護(hù)土遺址是一項刻不容緩、十分艱巨的任務(wù)。我國從上世紀(jì)80年代末，在少數(shù)幾個地方開始進(jìn)行土質(zhì)遺址科學(xué)保護(hù)研究試驗。在我國文物保護(hù)工作者不懈的努力下，至本世紀(jì)初，土遺址保護(hù)工作取得了長足的進(jìn)展。其中，對土遺址的保護(hù)加固技術(shù)已經(jīng)作了大量的室內(nèi)及現(xiàn)場試驗研究，對土遺址表面防風(fēng)化加固材料的研究近年來取得了重要的成果。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開了"一種土遺址加固劑與加固工藝"(公開號CN693588A，)，該技術(shù)所提供以高模數(shù)硅酸鉀(簡稱PS)為主劑的無機(jī)材料，用于土遺址表面的加固，該方法具有很好的耐強(qiáng)降雨沖刷和防沙塵暴風(fēng)蝕破壞的效果。但是土遺址實施保護(hù)措施后的質(zhì)量評估方法、效果判斷尚未形成一種定量分析方法。這樣，在很大程度上影響了規(guī)范性施工工藝的形成，限制了現(xiàn)有防風(fēng)化加固材料的應(yīng)用和推廣。另一方面，由于土遺址保護(hù)加固工程的最大特點是要保持原狀，并且，土遺址歷經(jīng)漫長的演化過程，性狀極其脆弱，這就要求施工全過程中盡可能采用無損傷檢測技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容為了加強(qiáng)土遺址實施保護(hù)措施后效果判斷，本發(fā)明的目的在于針對土遺址加固保護(hù)的特性，提供一種檢驗土遺址加固效果的無損檢測方法，用于評價土遺址加固后的效果。解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是利用紅外熱像檢測技術(shù)，采集土遺址表面溫度場數(shù)據(jù)，并充分利用這一信息與相關(guān)的熱過程及土體力學(xué)性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，達(dá)到對土體內(nèi)部的力學(xué)參數(shù)做出定量評價的目的。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的—種檢驗土遺址加固效果的無損檢測方法，其步驟是(a)實施加固的土遺址土體，在室內(nèi)進(jìn)行用熱脈沖法測定土體導(dǎo)熱系數(shù)A和比熱(b)對上述試樣測定土體孔隙比P;用"環(huán)刀法"測定試樣重度(Y)，用"烘干法"測定土體含水量(")，用"比重瓶法"測定土體土顆粒比重(G);然后由公式計算土體孔隙G(l+(c)按照公式p=V^I計算土體熱慣量；(d)測試土體的彈性模量(E);將試樣放在無側(cè)限抗壓試驗儀中，在不加任何側(cè)向壓力的情況下施加垂直壓力，直到使試件破壞為止，在試驗過程中記錄試樣的正應(yīng)力O與彈性正應(yīng)變、，兩者之比可得到試樣彈性模量的(e)根據(jù)(c)、(d)的結(jié)果就能過建立土體熱慣量與彈性模量的關(guān)系(經(jīng)驗關(guān)系式，擬和曲線)；(f)在土遺址加固現(xiàn)場采用紅外熱像儀進(jìn)行土遺址表面溫度的熱紅外測試；(g)根據(jù)測試結(jié)果，計算土遺址熱慣量；(h)根據(jù)e建立的土體熱慣量與彈性模量的關(guān)系(擬和曲線)，反算土體的彈性模(j)對比加固土體和未加固土體的彈性模量，評價加固效果。上述紅外熱像儀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為1)所測最小溫差為0.1-0.5°C;2)瞬間可見區(qū)為0.1-0.5cm的程度；3)記錄方式為數(shù)字記錄；4)照明燈為60瓦-190瓦的移動式照明燈，用于人工增加土遺址表面溫度；5)用照明燈對土遺址表面進(jìn)行10分鐘時間照射使其升溫，然后關(guān)燈降溫，同時進(jìn)行全動態(tài)紅外視頻信號的實時傳輸、實時記錄。本發(fā)明是利用紅外輻射對物體或材料表層進(jìn)行檢測的原理而進(jìn)行的，紅外線是一種與可見光相鄰的不可見光，具有可見光的一般性能。通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號后，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。物體表面的溫度場取決于物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、材料的熱物性、內(nèi)部的熱擴(kuò)散以及表面與外界環(huán)境的熱交換。因此，只要采集物體表面溫度場數(shù)據(jù)，并充分利用這一信息與相關(guān)的熱過程及物性之間內(nèi)在聯(lián)系，就能對物體內(nèi)部的物理力學(xué)參數(shù)做出科學(xué)的定量評價。由熱力學(xué)的研究結(jié)果得知物質(zhì)表面溫度的變化的取決于其熱慣量(任何溫度在不受外界加熱系統(tǒng)后的一段時間內(nèi)，總有保持其原有溫度狀態(tài)的性質(zhì)。)的大小。對某一物質(zhì)來說，熱慣量是該物質(zhì)固有的屬性。當(dāng)物體吸收或釋放熱量時，物體溫度變化的幅度與物體的熱慣量成反比，即，熱慣量大的物體，其溫度的變化幅度小，相反，如果物體的熱慣量小，則其溫度的變化幅度大。因此，熱慣量是引起物質(zhì)表層溫度變化的內(nèi)在因素，它在熱力學(xué)中是一個不變的物理量。就土體而言，熱慣量可定義為p=其中P是熱慣量，A是導(dǎo)熱系數(shù)，p是孔隙比，c是比熱。由于土體的導(dǎo)熱系數(shù)與其密度、彈性模量、泊松比等物理參數(shù)有一定的關(guān)系，因此，只要建立土體熱慣量與彈性模量、泊松比等物理力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系，在現(xiàn)場取得土遺址PS材料加固前后的紅外熱像，就可實現(xiàn)利用紅外檢測進(jìn)行定量評價PS材料加固效果的目的。圖1是本發(fā)明技術(shù)方案的流程圖。圖2是實施例中熱慣量和彈性模量的擬和曲線具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明再作進(jìn)一步說明實施例被加固的土遺址面積約101112，墻厚0.8-1.0m，其步驟是1、在土遺址現(xiàn)場采取擾動土(一般為崩塌物)，在實驗室用擊實法制成不同密度的10個試樣，高為5cm，直徑為2.5cm;2、在室內(nèi)采用熱脈沖法進(jìn)行土體導(dǎo)熱系數(shù)A和比熱c測定；熱脈沖法的裝置由一個加熱器和放置在加熱器兩側(cè)的三塊試樣以及溫測電偶組成。當(dāng)加熱器通以電流后，根據(jù)被測試樣的溫度變化可得出試樣的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱。導(dǎo)熱系數(shù)和比熱試驗應(yīng)按下列步驟進(jìn)行(a)稱量試樣質(zhì)量，測量試樣尺寸，計算試樣的密度；(b)將試樣安置完畢。當(dāng)試樣的初始溫度在10min內(nèi)的變化小于0.05°C，且試樣上下表面溫度差小于o.rc時，可開始測定；(c)接通加熱器電源，并同時啟動秒表，測量加熱回路電流；(d)加熱時間(t')控制在4-6min，當(dāng)試樣上表面溫度升高l-2。C時，記錄上表面熱電勢及相對應(yīng)的時間。接著測量熱源面上的熱電勢及相對應(yīng)的時間，其間隔不宜超過lmin;(e)試驗得到的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱值、孔隙比、熱慣量、彈性模量如表1所示表l.實施例中的測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>3、對上述試樣測定土體孔隙比P;用"環(huán)刀法"測定試樣重度(Y)，用"烘干法"測定土體含水量(")，用"比重瓶法"測定土體土顆粒比重(G);然后由公式計算土體孔隙比〃-G(l+W);測試結(jié)果見表丄。4、按照公式p=V^I計算土體的熱慣量；計算結(jié)果如表1所示。5、測試土體的彈性模量(E);將試樣放在無側(cè)限抗壓試驗儀(16-T178便攜式無側(cè)限粘土抗壓強(qiáng)度測試儀，武漢康德儀器設(shè)備有限公司產(chǎn))中，在不加任何側(cè)向壓力的情況下施加垂直壓力，直到使試件破壞為止，在試驗過程中記錄試樣的正應(yīng)力o與彈性正應(yīng)變e^兩者之比可得到試樣彈性模量的(^)，測試結(jié)果如表1所示。6、根據(jù)(4)、(5)的結(jié)果建立彈性模量與土體熱慣量的關(guān)系式(見附圖2)，擬得出的彈性模量(P)與土體熱慣量(P)的關(guān)系為E=102-78P，7、在現(xiàn)場采用紅外熱像儀(廣州颯特電力紅外技術(shù)有限公司產(chǎn)SAT-S160型紅外熱像儀)和用于增加土遺址表面溫度的照明燈進(jìn)行土遺址表面溫度的熱紅外測試；紅外熱像儀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為1)所測最小溫差土遺址加固前后所產(chǎn)生的溫差很小，因此作為最小溫差的探測來說，需要做到O.rc的程度；2)瞬間可見區(qū)為了做成一個圖面，需要反應(yīng)一個個點的細(xì)微之處。判別設(shè)面層的剝離狀況，至少需要0.lcm的程度。3)記錄方式數(shù)字記錄。4)照明燈為100瓦的移動式照明燈，用于人工增加土遺址表面溫度。5)用照明燈對土遺址表面進(jìn)行10分鐘時間照射使其升溫，然后關(guān)燈降溫，同時進(jìn)行全動態(tài)紅外視頻信號的實時傳輸、實時記錄。8、根據(jù)測試結(jié)果，給定某時間段土體表面溫度，得出土遺址熱慣量；在實施例中選取了三個加固土體和三個未加固土體作了熱慣量測試，其值分別為未加固土體(0.95、0.90、0.97)加固土體為(0.78、0.82、0.70)。9、根據(jù)6建立的土體熱慣量與彈性模量的關(guān)系，反算土體的彈性模量；未加固土體彈性模量(27.9MPa、31.8MPa、26.3MPa)加固土體彈性模量(41.lMPa、38.0MPa、47.3MPa)10、對比加固土體和未加固土體的彈性模量，可以看出加固后的土體彈性模量提高了50%_70%，加固效果十分顯著。權(quán)利要求一種檢測土遺址加固效果無損傷方法，按下述步驟進(jìn)行(a)對需要實施加固的土遺址土體，在室內(nèi)進(jìn)行用熱脈沖法測定土體導(dǎo)熱系數(shù)λ和比熱c；(b)對上述試樣測定土體孔隙比ρ；用“環(huán)刀法”測定試樣重度(γ)，用“烘干法”測定土體含水量(ω)，用“比重瓶法”測定土體土顆粒比重(G)；然后由公式計算土體孔隙比(c)按照公式計算土體熱慣量；(d)測試土體的彈性模量(E)；將試樣放在無側(cè)限抗壓試驗儀中，在不加任何側(cè)向壓力的情況下施加垂直壓力，直到使試件破壞為止，在試驗過程中記錄試樣的正應(yīng)力σ與彈性正應(yīng)變εc，兩者之比可得到試樣彈性模量(e)根據(jù)(c)、(d)的結(jié)果就能過建立土體熱慣量與彈性模量的關(guān)系；(f)在土遺址加固現(xiàn)場采用紅外熱像儀進(jìn)行土遺址表面溫度的熱紅外測試；(g)根據(jù)測試結(jié)果，計算土遺址熱慣量；(h)根據(jù)e建立的土體熱慣量與彈性模量的關(guān)系，反算土體的彈性模量；(j)對比加固土體和未加固土體的彈性模量，評價加固效果。F2008101760340C0000011.tif,F2008101760340C0000012.tif,F2008101760340C0000013.tif2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種檢測土遺址加固效果無損傷方法，其特征是所述的紅外熱像儀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為1)所測最小溫差為0.1-0.5°C;2)瞬間可見區(qū)為0.1-0.5cm的程度；3)記錄方式為數(shù)字記錄；4)照明燈為60瓦-190瓦的移動式照明燈，用于人工增加土遺址表面溫度；5)用照明燈對土遺址表面進(jìn)行10分鐘時間照射使其升溫，然后關(guān)燈降溫，同時進(jìn)行全動態(tài)紅外視頻信號的實時傳輸、實時記錄。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于檢測土遺址加固效果的無損檢測方法，它包括紅外熱像儀和用于土遺址表面人工升溫的移動式照明燈。分析溫度隨時間的變化過程計算熱慣量。然后根據(jù)事先測定的土體熱慣量與彈性模量的關(guān)系反算土體的彈性模量，對比加固土體和未加固土體的彈性模量，評價加固效果。本發(fā)明可對土遺址實施保護(hù)措施后的質(zhì)量評估、效果判斷進(jìn)行無損傷檢測和定量分析。對現(xiàn)有防風(fēng)化加固材料的應(yīng)用和推廣以及規(guī)范性施工工藝有重要的指導(dǎo)作用。文檔編號G01N15/08GK101738457SQ20081017603公開日2010年6月16日申請日期2008年11月5日優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日發(fā)明者張得煊,王旭東,郭青林申請人:敦煌研究院