地下工程测试复习题

1、工程测试技术复习题题型：名词解释、填空、选择、简答、论述第一章测试技术的理论基础1、测试系统的组成？答：荷载系统、测量系统、信号处理系统、显示和记录系统。2、当代测试技术的功用？答：（1）各种参数的测定；（2）自动化过程中参数的反馈、调节和自控；（3）现场实时检测和监控；（4）试验过程中的参数测量和分析。3、精度？灵敏度？分辨率？测试系统的主要性能指标？答：测试系统的主要性能指标有精确度、稳定性、测量范围（量程）、分辨率和传递特性等。测试系统的精度是指测试系统给出的指示值和被测量的真值的接近程度。稳定性是由于仪器中随机性变动、周期性变动、漂移等引起的示值变化。测量范围（量程）:系统在正常工作时

2、所能测量的最大量值范围。测试系统的分辨率是指系统可能检测到的被测量的最小变化值,也叫灵敏阈（yu）o一般来说，分辨率的数值越小越好。位移传感器的分辨率为0.5um。传递特性是表示测量系统输入与输出对应关系的性能4、什么叫线性系统，并叙述其主要特性？答：理想的测试系统，应该具有确定的输入输出关系，其中以输出与输入成线性关系时为最佳，即应是一个线性时不变系统。线性系统的主要特性：（1）叠加性和比例性（2）微分特性（3）积分特性（4）频率保持特性5、测试系统的主要静态参数？答：测试系统静态参数主要有灵敏度、线性度（直线度）、回程误差（滞迟性）。线性系统，灵敏度s为常数；非线性系统，灵敏度s为系统特性

3、曲线的斜率。6、测试系统选择的原则？答：根本原则：测试的目的和要求。技术上合理、经济上节约。灵敏度高,能测到微小变化，测量范围窄，稳定性差。准确度（精度）测量结果与真值的一致程度，一般选同等准确度仪器，条件有限时应前高后低。响应特性所测频率范围内不失真,延迟愈短愈好，输出紧跟输入变化。线性范围:线性范围内工作，保证测量准确度。稳定性:输出随时间保持不变的能力。测量方式:接触与非接触、机械与电测，在线与非在线。各特性参数之间的配合（匹配性）:多环节组成的系统，总灵敏度取决于各环节灵敏度，连接形式，灵敏度与量程范围是密切相关的。总之,在组成测试系统时，应充分考虑各特性参数之间的关系。除上述必须考虑

4、的因素外，还应尽量兼顾体积小、重量轻、结构简单、易于维修、价格便宜、便于携带、通用化和标准化等一系列因素。第二章传感器7、应力计和应变计的主要原理？答：两者的主要区别一一测试敏感元件与被测物体的相对刚度的差异。如果弹簧元件比系统刚硬很多，则P力的绝大部分就由元件来承担，因此，元件弹簧所受的压力与P力近乎相等，在这种情况下，该弹簧元件适合于做应力心如果弹簧元件比系统柔软很多，它将顺着系统的变形而变形，对变形的阻抗作用很小，因此，元件弹簧的变形与系统的变形近乎相等，在这种情况下，该弹簧元件适合于做应变计。8、传感器的分类？传感器使用的一般要求？压电效应？匹配误差？标定曲线？答：按变换原理分：电阻式

5、传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、压磁式传感器、光电式传感器、钢弦式传感器按被测量物理量分：位移传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器使用要求:（1）输出与输入之间成比例关系，直线性好，灵敏度高；（2）滞后、漂移误差小；（3）动态特性良好；（4）功耗小；（5）不因其接入而使测试对象受到影响；负载效应（6）抗干扰能力强，即受被测量之外的量的影响小；（7）重复性好，有互换性；（8）抗腐蚀性好，能长期使用；（9）容易维修和校准。压电效应:有些电介质晶体材料在沿一定方向受到压力或拉力作用时发生极化，并导致介质两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与外力成比例，若外力取消时，它

6、们又会回到不带电状态，这种由外力作用而激起晶体表面荷电的现象称为压电效应。匹配误差:在固体介质（如岩石）中测量时，由于传感器与介质的变形特性不同，且介质变形特性往往呈非线性，因此，不可避免的破坏了介质的原始应力场，引起了应力的重分布，这样，作用在传感器上的应力与未放入传感器时该点的应力是不相同的，这种情况称为不匹配，由此引起的测量误差叫做匹配误差。标定曲线:传感器的标定，就是通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系，即求取传感器的输出特性曲线，又称标定曲线。9、电阻应变片的工作原理？类型？答：工作原理是基于电阻应变效应,其结构通常由应变片、弹性元件和其它附件组成。在被测拉压力的作用下，弹性元

7、件产生变形，贴在弹性元件上的应变片产生一定的应变，由应变仪读出读数，再根据事先标定的应变-力对应关系，即可得到被测力的数值。类型:测力传感器位移传感器压强传感器（液压传感器）压力盒（压力传感器）第三章电阻应变测量技术10、应变片选用的基本原则？应变片灵敏系数？应变片横向效应？答：应变片的选用原则： 按工作环境选用一一温度、湿度（胶基应变片）； 按被测的材料性质选用一一弹模高的均质体，基长较小；粗晶粒岩石和混凝土等非均质体，选用基长较长的应变片（颗粒粒径4倍以上） 按被测试件的受力状态和应变性质选用一一应变梯度（大小）、长期观测（胶基片、箔式）、动/静态观测（疲劳寿命应变片、温度自补偿片）、应变

8、性质（平面应变-应变花）； 按测量精度选用一一一般测量（纸基片）、高精度测量（胶基片）。尽量选用工作电阻为120Q的应变片。应变片灵敏系数（即灵敏度）k定义为：把应变片粘贴在处于单向应力状态的试件表面，使其敏感栅纵向中心线与应力方向平行时，应变片电阻值的相对变化与沿其纵向的应变£x之比值。即k=AR/R/£x.应变片横向效应：应变片上横向部分的线栅与纵向部分的线栅产生的电阻变化符号相反，使应变片的总电阻变化量减小，此种现象称为应变片的横向效应。用横向效应系数H来描述。11、直流电桥的工作原理？零点漂移？蠕变？机械滞后量？答：电桥重要特性：加减特性一相邻桥臂的应变极性一致（即

9、同为拉应变或同为压应变）时，输出电压为两者之差；极性不一致（即一为拉应变，一为压应变）时，输出电压为两者之和。一一该特性可以提高电桥的灵敏度、对稳定影响予以补偿、从复杂受力的试件上测取某外力因素引起的应变等。所以它是在构件上布片和接桥时遵循的基本准则之一。零点漂移P（简称零漂）：指在温度恒定，被测试件在不受力地情况下，试件上的应变片的指示应变随时间的变化。蠕变8:指温度恒定，应变片承受恒定的机械应变时，指示应变随时间的变化。它包括零漂。机械滞后量Zf:在恒定温度下，对贴有应变片的试件进行加卸载试验，对各应力水平下应变片加卸载时所指示的应变量的最大差值作为该批应变片的机械滞后量Zf.12、在应变

10、应力测量时，布片和接桥的一般原则？答：组成测量电桥的方法有：半桥接法、全桥接法。首先考虑应力集中区和边界上的危险点，选择主应变最大、最能反映其力学规律的点贴片；利用结构对称性布点，利用应变电桥的加减性，合理选择贴片位置、方位和组桥方式，可达到稳定补偿、提高灵敏度、降低非线性误差和消除其它影响因素的目的；当测量荷载时，应避开应力-应变的非线性区贴片；在应力已知的部位安排适当的测点，以便测量时进行监视和检验试验结果的可靠性。13、温度补偿有几种形式？怎样进行补偿？答：利用温度自补偿应变片法，它是通过对应变片的敏感栅材料和制造工艺上采取措施，使其在一定温度范围内电阻变化为0,用于中、高温下的应变测量

11、。在常温中经常使用的桥路补偿法，它是通过布片和接桥的方法来消除温度影响。（补偿块补偿法工作片补偿法）14、如何应用应变片测主应力方向已知的平面应力测量？应变仪的分类？电阻应变仪？电标定？答：（1）若被测点是单向应力状态，则应变片应贴在主应力方向，通过应变仪测得主应变，则该点的主应力为二-二E；（2）若被测点是二向应力状态，且其主应力bl、b2方向已知，工作应变R1和R2贴在主应力方向，补偿应变R3R4贴在不受力的补偿块上，分别测出（r1、（r2方向的应变£1、£2,则可用下式计算主应力卜1=1-2J-2-；仪（测量周期或非周期动态应变）读数方法：零位法超动态电阻应变仪。电标

12、定:电标定电桥的工作原理：当变形使应变片产生R=k£R的电阻应变，为模拟这种变化，在应变片R上并联一大阻值电阻Rp,使并联后与并联前相比也产生4R的变化，这种在桥臂上并联大阻值电阻来模拟试件变形的方法称作内标定或电标定。,；第四章信号显示和记录系统及计算机辅助测试系统15、计算机辅助测试（CAR系统的组成及其特点？答：计算机辅助测试（CAT）系统，简称现代测试系统，它由计算机、程控设备、接口系统及软件系统组成。特点:随着应用软件的开发，功能可以不断扩展，形成水平更高的CAT系统；便于测试后记录数据与图形的多重反复使用；同时或依次对多个信号进行在线实时高速动态测试；实时进行各种数据处理

13、、信号交换与复杂过程控制；进行故障自动检测与诊断。第五章刚性试验机理论和液压伺服试验机16、如何通过实验机获得试件的全应力-应变曲线？（需要从下文中总结要点）答：试件不产生爆裂的条件：试验机储存弹性变形能量小于试件稳定破坏所需能量。试验机的刚度决定了实验过程中试验机储存弹性变形能的大小，只要试验机的刚度大于试件的刚度的绝对值，试件在超过强度极限后的变形特征就可以被显示出来，则试件全过程全应力-应变曲线就可以测得。试验机贮存弹性变形能量小于试件稳定破坏所需的能量，便是测绘岩石全过程全应力-应变曲线的充分条件。加载速度也是影响测定材料试件全过程全应力-应变曲线的主要因素之一。伺服控制条件下，保证u

14、s为常数或有理函数，当km+ks减少导致u增大时，通过伺服控制减小Ud来使U降下来，保证实验时变形速率恒定。E,:2=1J2-；2-1应变仪的分类:静态电阻应变仪（测量不随时间变化的应变）读数方法：双桥零读法动态电阻应变形量保持同步，从而保证了试件在强度极限后的破坏为稳定破坏。在普通材料试验机上，同时附加上刚性组件和热力加载装置，既可提高试验系统的刚度，又可获得变形率相互同步的效果。第六章模型试验18、相似材料模型？结构模型？离心模型？答：相似材料模型试验:是里亨原型力学性质相似的材料按几何常数缩制成模型，在模型上模拟各种加载和开挖过程，以观察与研究地下工程围岩内的变形和破坏等的力学现象，或加

15、载到模型破坏以模拟得到地下工程的安全系数等。模型内量测到的位移、应力、应变分别乘以相应的相似比即得到原型的位移、应力和应变。结构模型试验:是采用与实体结构相同的材料制作的、几何尺寸按一定比例缩小的结构模型进行的力学试验。离心模型试验:原理（考虑自重的相似材料模型试验）如果采用原型材料将工程原型按一定比例Cl缩制成模型，则模型与原型的物理力学性质完全相同，为了使模型的应力状态能反映原型的应力状态，当体力只CvC,有重力时，须满足：C1=117P因原型与模型的材料相同5故有CE=1,则有CkCi'm=C'P因离心加速度场与重力场有完全相同的力学效果，因此，若将模型置于Cl倍重力加速

16、度的离心加速度场中，模型中应力场与原型中的应力场将完全相似。根据相似原理，在离心模型试验中，模型中任意点的应力、应变与实体中对应点的应力、应变均相等，而实体的位移即为模型对应点位移的Cl倍。19、模型试验的作用？答：探索许多目前用数学分析方法尚不易解决的问题，诸如岩体在弹性、塑性、粘性范围直到破坏的机理；用模型试验验证数值分析的正确性，然后用一系列不同的参数进行数值分析。这种数学模型与物理模型互为验证的研究方法，既保存了模型试验的优点，又可充分发挥数学模型的快速高效率的计算功能，减少重复进行模型试验的工作量。20、量纲分析法（无定律）？答：量纲分析法用于相似模型的试验研究,可用来确定相似判据，

17、进行模型设计。具体的方法就是无定理,其内容是：若物理方程f8，%,：%）=0共含有P个物理量，其中有r个是基本量，并且保持量纲的和谐性，则这个物理方程可以简化为Rw产"）=0式中无1,无2,无3,无P-r是由方程中的物理量所构成的无量纲积，即相似判据。确定相似判据无的方法是：从方程f所有的物理量x1,x2,x3,xP中，选出r个量纲独立的基本量纲或不能相互导出的量纲组成基本量群，将此基本量群的嘉乘积作为分母，未被入选基本量群的余下的每个物理量作为分子，逐个地分别与基本量群的嘉乘积构成分式，此分式之值以无表示。设此分式的分子的量纲与分母的量纲相等，则无就是个无量纲参数，即相似判据。第七

18、章声波测试技术与声发射监测技术21、纵波？横波？表面波？波阻抗？弹性波在岩体中的传播速度与岩体哪些性质有关，有什么规律？答：纵波:质点振动方向与波的传播方向一致时称为纵波。横波:质点振动方向与波的传播方向垂直时称为横波。表面波:沿介质表面和交界面传播，波动振幅随深度增加而迅速衰减的波称为表面波（R波，瑞利波）o表面波质点振动的轨迹是椭圆形，长轴垂直于传播方向，短轴平行于传播方向。弹性波:在弹性介质内的某一点，由于某种原因而引起的初始扰动或振动时，这一扰动或振动将以波的形式在弹性介质中传播，形成弹性波。声波是在介质中传播的机械波,也是弹性波的一种，若视岩土和混凝土介质为弹性体，则声波在岩土和混凝

19、土介质中的传播服从弹性波传播规律。弹性波在岩体中的传播速度与岩体的种类、弹性参数、结构面、物理力学参数、应力状态、风化程度和含水量等有关，具有如下规律：弹性模量降低时，岩体声波速度也相应的下降。岩石越致密，单轴抗压强度大的岩体声速越高。结构面的存在，使得声速降低，并形成各向异性。垂直于结构面方向声速低，平行于结构面方向声速高。岩体风化程度大则声速低。压应力方向上声波速度高。孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩体波速高22、声波换能器的工作原理？答：发射换能器：将声波仪发射机输出的具有一定功率的电信号转为声信号发射到岩体中（它的工作原理是利用晶体的逆压电效应）接收换能器：将岩体中传播

20、的声信号转为电信号,输入声波仪接收机的输入系统中（其工作原理是利用晶体的压电效应）23、声波换能器布置方法有哪几种，画出布置方法示意图答：换能器的布置方法（穿透法、反射法、剖面法）24、怎样运用声测技术测试岩体强度和岩体完整程度校收探头工发射探兴；，”叩0二Wb答：利用弹性波测试评价岩体强度和完整性程度：首先在现场采集岩块试样,测定弹性波在岩块及采样地点岩体一定区域内的传播速度VC和Vm用下式计算岩体的完整性系数或称龟裂系数：ciVmCm二w-Cm是岩体分类中常用的指标之一，也可用来直接评价岩体完整性程度。VcCm>0,75完整性好，裂隙小；Cm=0.750.45完整较好，裂隙间距在20

21、30cm以上；Cm<0.45完整性差，裂隙间距小于2030cm25、怎样运用声测技术测试岩体力学参数？答：通过测定岩体中的纵横波速度，根据岩体纵横波速与弹性模量、泊松比的关系计算出弹性模量和泊松比。通过测出现场岩体和室内试块的弹性波波速及抗压和抗拉强度，可估算岩体的抗压和抗拉强度:cCtCHm,Ctm分别是岩体的抗压和抗拉强度；值,5分别是岩石试块的单轴抗压和抗拉强度。答：对于混凝土内部大于10cm的空洞,26、怎样检测混凝土中的空洞？可以通过测量声波传播时间的突然变化来判定它的存在，并计算出空洞的尺寸，计算空洞半径的公式为：式中：l直达声路长度；td，tc有空洞处与无空洞处声波传播时间

22、采用平行网格测点，可判定空洞形状、大小和所在部位27、什么是声发射技术？它在岩土工程中有何应用？AE事件计数？凯塞效应？答：声发射：材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂,或材料内部缺陷及潜在缺陷在外部条件作用下改变状态时，以弹性波形式释放出能量的现象。声发射检测技术：利用材料受力时的声发射特性，对其内部破坏状态及受力历史进行判断的方法。声发射技术在地下工程中的应用:凯塞效应及应用（估算地应力的大小）岩体工程灾害预报AE事件计数:若记录每一个声发射事件，就叫AE事件计数。凯塞效应:当材料被加载时，有声发射信号发生，若卸去后第二次再加载，则在卸荷点以前几乎不再有发射信号，只有当超过第一次家在的

23、最大荷载后，才有声发射出现，这种现象称为声发射的不可逆效应，也称凯塞效应。第八章地下工程中的无损检测28、回弹法检测混凝土强度的基本原理？碳化深度值？答：回弹法检测：是指结构或构件混凝土测得的回弹值和碳化深度来评定结构或构件混凝土强度的方法。碳化深度值：混凝土在硬化过程中，表面的Ca（OH）2和空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3勺深度。29、为什么用超声-回弹综合法来测量硅的强度？（包括检测原理，测点布置方案，结果分析处理）o超声波检测基本原理？答：处同一结构采用回弹法检测和超声法检测所得到的混凝土强度值相差很多，这是因为，回弹检测反映的主要为构件的表面或浅层的强度状况，回弹值受构件表

24、面影响较大；超声检测反映的是构件内部的强度状况，但声波速度值受骨料粒径和砂浆的影响较大。因此，基于这两种检测方法的综合分析，建立在超声波传播速度和回弹值综合反映混凝土的抗压强度，对于反映材料强度更为全面和真实，同时具有相当的量测精度。与单一方法相比，超声回弹综合法优点：精度高、适应范围广、对混凝土工程无任何破坏。测点布置方案：超声测点布置在回弹测试的同一测区内,先进行回弹测量，后进行超声测量。测区数量及抽样的要求与回弹法相同。（测点布置采用测区和侧面的概念。在每个试样上均匀布置测区，测区数不少于10个，相邻测区的间距不宜大于2米，每个测区分为两个测面，每个测区内16个测点，大小一般取400cm

25、2）结果分析处理:（课本P157）超声波检测原理：超声波在混凝土中传播时,其纵波速度的平方与混凝土的弹性模量成正比，与混凝土的密度成反比。声波振幅随其传播距离的增大而减弱；声波遇到空洞、裂缝时，界面产生波的折射、反射、边缘产生波的绕射，是接收的声波振幅较小，传播时间读数加长，产生畸形波等。据此特性可以判断混凝土的强度和质量。（超声波检测系统包括超声波检测仪、换能器、耦合剂）30、叙述用地质雷达对地下介质进行无损检测原理及基本组成？答：地质雷达是采用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。（优点：分辨率高、无损、操作简便、抗干扰性强、适用

26、于各种环境条件。）原理:高频电磁波以宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或投射，被接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度、波形将随所通过的戒指的电性质及集合形态而变化，由此通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置或结构状态。基本组成:天线、发射机、接收机、显示器。补充：测强基准曲线：回弹值与混凝土抗压强度的相关关系。第九章地下隧洞工程信息化施工监测31、收敛位移？地下隧洞监测类型和方法？位移量测仪器，收敛位移量测方向？答：收敛位移:隧洞周边或结构物内部净空尺寸的变化。地下隧洞监测类型和方法：位移监测（常用仪器一一单点位移计、多点位移计、滑

27、动式位移计、精密水准笆）、收敛位移量测（收敛计（穿孔钢卷尺式、锢钢丝弹簧式收敛计、锢钢丝制作收敛计）、压力量测。收敛位移量测方向即测点的布置形式:十字形、三角形、交叉形。32、隧道压力测量的主要设备？答：应力计（机械式：液压枕或电阻式、差动电阻式、钢弦式锚杆应变计）或压力盒（常用：钢弦式压力盒）。33、现场量测方案设计主要内容？答：量测项目的确定，量测手段仪表和工具的选择；施测部位和测点布置的确定；实施计划的制定，包括测试频率的确定。34、怎样确定收敛计的观测频率？答：各测量项目通常的观测频率是：在洞室开挖或支护后的的半个月内，每天观测12次；半个月后到一个月内，或掌子面推进到距观测断面大于2

28、倍洞径距离后，2天观测一次；一到三个月，每周测读12次,三个月以后，每月测读13次。若设计有特殊要求，则可按设计要求进行，遇突发事件，应加强观测。洞周收敛位移和拱顶下沉的量测频度可根据位移速度及离开挖面的距离而定，不同的基线和测点，位移速度也不同，因此，应以产生最大位移者来决定量测频度，整个断面内的各基线或测点应采用相同的量测频度。35、容许位移量？容许位移速率？怎样根据量测数据判定围岩稳定性？答：容许位移量：是在保证隧洞不产生有害松动和保证地表水不产生有害下沉量的条件下,自隧洞开挖起到变形稳定位置，在起拱线位置的隧洞壁间水平位移总量的最大容许值，或拱顶的最大容许下沉量。容许位移速率:是指在保

29、证围岩不产生有害松动的条件下，隧洞壁面间水平位移速度的最大容许值。围岩稳定性判断准则：位移量和位移速率。根据位移-时间曲线判断围岩稳定性。对于隧洞开挖后在洞内测得的位移曲线，如果始终保持变形加速度小于0,则围岩是稳定的；如果位移曲线随即出现变形加速度等于0的情况，亦即变形速度不再继续下降，则说明围岩进入“定常蠕变”状态，须发出警告，及时加强支护系统；一旦位移变形加速度大于0的情况，则表示已进入危险状态，须立即停工，进行加固。36、盾构法施工所需监测内容？答：岩土介质和周围环境的监测：（盾构正面土压力、）地表沉降和位移、土中沉降和位移、土中应力和孔隙水压力、邻近构筑物沉的保护监测。隧道（包括盾构

30、）结构的监测：隧道应变的量测，包括用应变计量测结果计算结构构件的轴力和弯矩；隧道收敛位移量测；预制管片凹凸接缝处法向应力的量测。37、浅埋顶管监测内容？答：地表沉降、分层沉降、水土压力、地下水位等环境监测。埋深大于三位直径的顶管不必进行环境监测。第十章城市基坑工程施工监控及其环境监测38、基坑工程施工现场监测的目的及内容？答：电生为施工开展提供及时的反馈信息；作为设计与施工的重要补充手段；作为施工开挖方案修改的依据；积累经验以提高基坑工程的设计和施工水平。内容:围护结构本身：围护桩墙、支撑、围橡和圈梁、立柱、坑内土层等五部分；相邻环境：相邻土层、地下管线、相邻房屋等三部分。39、现场监测方案制定步骤及测点布置原则？答：四个步骤:收集和阅读有关场地地质条件、结构构造和周围环境的有关材料，包括地质报告、围护结构设计图纸、主体结构桩基与地下室图纸、综合管线图、基础部分施工组织设计等；现场踏勘，重点掌握地下管线走向，与围护结构的对应关系，以及相邻构筑物状况；拟定监测方案初稿，提交工程建设单位等讨论审定；监测方案在实施过程中可以根据实际施工情况当予以调整与充实，但大的原则一般不能更改，特别是埋设元件的种类和数量、测试频率和报表数量等应严格按商定的方案实施。测点布置原则：桩墙