Page 54 - 《应用声学》2021年第3期

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根据以上实验结果对以下6个问题进行讨论： 性的推测，产生这种现象的确切原因还需要后续研
(1) 关于σ-∆t线性相关性问题 究进行进一步的探索及验证。
引入线性相关系数 (2) 关于零应力下参数的初值问题
∑ n
(σ i − ¯σ)(∆t i − ∆ ¯ t) 对于各向同性介质，声学参数 ∆t 在零应力状
R = √ ∑ n i=1 ∑ n , 态下的值为零，但实际中的介质并非完全各向同
(σ i − ¯σ) 2 (∆t i − ∆ ¯ t) 2
i=1 i=1 性，因此 ∆t 在零应力状态下测试值并不严格为 0。
(8)
本实验中未加载情况下的试件参数 ∆t 初值介于
式 (8) 中，R 为参数 σ、∆t 之间的线性相关系数；σ i 、
−1 ∼ 25 × 10 −8 s (如表2所示)，与满载应力状态下
∆t i 分别为参数 σ、∆t 的样本值；¯σ、∆ ¯ t 分别为参数
的参数比值平均为 9%。可见用本方法检测结构永
σ、∆t的样本值平均值。
存应力时该因素会导致测试结果产生一定的误差，
参数R反映统计参数σ、∆t之间的线性相关性，
当测量较小应力时其导致相对误差会较大，当测试
R 值越接近 1，则参数之间线性相关性越好，参数图
应力增大时，其导致相对误差会减少。
形越接近直线。表 1 列出了实验中应力 σ 值与对应
(3) 加载卸零后参数的残值问题
声学参数∆t实验值之间的线性相关系数。
在本实验中随着试件压应力 σ 增加，t 1 呈减小
从表 1 中可以看出，实验中所有试件 σ-∆t 之间
趋势，t 2 呈增加趋势，即随着压应力σ 增加，V 1 增大、
线性相关系数的平均值为0.953，非常接近1，说明整
V 2 减小，这与声弹性理论模型基本符合。但应力卸
体上参数 σ、∆t 实验值之间具有很好线性关系。实
零后，∆t 1 、∆t 2 仍有较大的“残留值”(如表 3 所示)，
验结果还显示，在低应力阶段所有试件σ-∆t之间线
其中 ∆t 1 相对残留平均值为 −458%，∆t 2 相对残留
性相关系数的平均值为0.755，这说明在低应力阶段
σ-∆t 之线性符合性较差；在高应力阶段时，所有试 平均值为 60%。而 ∆t 在应力卸零后基本恢复到零
(如表3所示)，相对残余平均仅为−2.9%。实验中参
件 σ-∆t 之间线性相关系数的平均值为 0.945，σ-∆t
之间线性符合性较好。推测出现这种现象的可能原 数在加载后卸零的残值现象说明双横波声速组合
)
(
2
2
因为：混凝土是一种混合物结构，内部存在较多气 参数 (V − V )/K 或 ∆t 与应力 σ 之间有更强的
1
2
孔及其他微小蓬松结构，在较低应力阶段由于这些 相关性，用其作为声学参数测量单向受压混凝土构
蓬松结构尚未被“压实”会出现较明显的“非线性”， 件永存应力较单一声速参数更具可行性。采用单一
这种“非线性”的过程会导致结构的实际特性与理 声速 (V 1 或 V 2 ) 变化值来检测混凝土构件永存应力
论预测出现较大差异。以上分析只是基于一种可能 的方法是不具可行性。
表 1 应力效应实验混凝土试件应力 σ 与声学参数 ∆t 实验值之间线性相关系数
Table 1 Linear correlation coefficient between stress σ and acoustic parameter ∆t of
concrete specimen in stress effect test

构件编号 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 7 # 8 # 9 # 10 # 11 # 均值
低应力 R 值 0.878 0.781 0.819 0.702 0.965 0.951 0.952 0.445 0.961 0.270 0.577 0.755
高应力 R 值 0.985 0.893 0.808 0.975 0.980 0.985 0.973 0.947 0.961 0.912 0.976 0.945
全程应力 R 值 0.964 0.935 0.917 0.924 0.990 0.967 0.984 0.962 0.978 0.903 0.957 0.953
说明：表 1 中试件低应力与高应力状态划分为：1 # 试件：0∼8.9 MPa∼17.8 MPa、2 # 试件：0∼6.7 MPa∼13.3 MPa、3 # 试件：0∼
4.4 MPa∼13.3 MPa、4 # 试件：0∼5.3 MPa∼13.3 MPa、5 # ∼ 11 # 试件：0∼4 MPa∼13.3 MPa。
表 2 应力效应实验混凝土试件加载前零应力状态下参数 ∆t 初值
Table 2 Initial value of parameter ∆t under zero stress state of concrete specimen
in stress effect test before loading

∆t 加载前零应力状态下参数 ∆t 初值
初值类别
1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 7 # 8 # 9 # 10 # 11 # 均值
初值/10 −8 s −1 0 7 0 10 23 0 7 5 25 −1 6.8
与满载比值/% −1.2 0 11.5 0 9.5 25.3 0 12.1 8.3 35.7 −1.4 9.1