Page 76 - 《应用声学）》2023年第5期

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含吸收和散射衰减) [12] 。当频率为定值时，材料衰减 道板侧边观察结果基本相符。为确保探测结构的有
率α m 为定值，总衰减率 α 只和扩散衰减率有关，且 效性，以裂缝为中心，将探测装置反转，进行重复
为距离的函数 [12] 。α根据一点激发多道接收的表面 探测，结果图 10(b) 所示，两次检测剖面有较好的重
直达波能量衰减情况近似计算。得到整个检测面的 复性。
密实指数后，根据速度 v 将指数时间剖面由时间域
4.2 层状结构检测
变换到深度域，最终得到具有深度信息的密实指数
沿高铁层状无砟轨道方向布置测线，测线长
深度剖面C f (x, z)，其值越大表明密实度越高。
度 100 m，测点间距 0.2 m，每个测点采集半矩阵数
ᮕܫေ
据。使用层状介质TFM和单一均匀介质TFM处理
ԠᏦᑟ᧚ᝠካ 结果如图11所示，图11(a)为层状介质TFM成像结
果，图 11(b) 为使用固定速度 TFM 成像结果。图 11
Ԧ࠱ᑟ᧚ᝠካ
中虚线为上层轨道板内钢筋层，实线为轨道板底界
ԠᏦေ᝷ᑟ᧚
面，箭头所示同相轴为支承层底界面。由于轨道板
ࠛࠄૉ஝ 超声波速度高于支承层速度，两者成像结果中，上层
支承层结果基本一致，而支承层底界面成像结果则
图 9 密实指数计算流程图
出现较大差别，如图中箭头所示，常速度成像结果
Fig. 9 Flow chart of compactness index calculation
中支承层底界面层位深度偏差较大，且成像结果不
4 层状结构超声成像检测实验 聚焦。

4.1 结构内部裂缝检测 4.3 层间离缝检测
采用阵列式超声成像方法对轨道板结构内部 图 12(a) 为无砟轨道砂浆层泛浆情况，使用阵
的微小结构及裂缝进行检测时，可以适当提高检测 列式超声波方法检测层状无砟轨道的层间离缝时，
主频，对轨道板上的裂缝进行精细检测。对轨道板 在轨道板表面布置多条测线组成测网 (图12(b))，线
裂缝进行检测时，采集阵列(换能器间距0.03 m) 横 间距0.5 m，点距0.2 m，逐点测量。计算每个测点的
跨裂缝并以裂缝为中心点进行半矩阵数据采集，发 密实指数，最终可得到三维密实指数C f (x, y, z)，其
射信号主频 70 kHz，成像剖面如图 10(a) 所示，图中 中x、y 为测点平面坐标，z 为深度。取轨道板界面深
可清晰地看到轨道板结构内部的两层钢筋结构、轨 度 z = 0.25 m，得到密实指数平面图 (图 13)，横坐
道板底界面，剖面中存在从坐标 (0, 0) 至 (−0.1, 0.2) 标为沿轨道方向的距离，纵坐标为垂直轨道方向距
斜向连续能量团，推测该裂缝为倾斜发育，深度 离。图13 中密实指数小于 0.8的蓝色区域对应轨道
0.2 m (如图 10(a) 中黑线所示)，该探测结果与从轨 板侧边离缝泛浆发育范围。

ᡰሏ/m ᡰሏ/m
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 ᄱࠫूए
0 200
180
ʽࡏᨂ኏
0.1 160
140
ʾࡏᨂ኏ ʾࡏᨂ኏
0.2 120
ງए/m 100
80
ᢾ᥋౜अႍ
0.3
ᢾ᥋౜अႍ
60
0.4 40
20
0.5 0
(a) ᜈᎋ൤Քೝ฾Җ᭧ (b) ᜈᎋԦՔೝ฾Җ᭧
图 10 无砟轨道板裂缝检测剖面图
Fig. 10 Section drawing of crack detection of ballastless track plate