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针对许多水工建筑物仅有一个可测面,常规方法检测内部质量有局限性,本文主要进行了基于冲击弹性波的表面波法评价水工混凝土质量状况的理论与应用研究。通过仿真计算对SASW方法检测衬砌结构内部质量及衬砌与围岩脱空情况可行性进行研究,获得了影响检测精度的关键因素;开发了国内首套SASW-MASW-FK表面波法分析软件,提高了表面波检测数据的处理效率。结合水工输水隧洞检验表面波法评估衬砌内部质量,探测衬砌与围岩的结合状况;结合十三陵抽水蓄能电站进行面板裂化状况的表面波检测;针对运行期大坝内部质量,得出表面波可探测混凝土质量的深度范围。结合近年新兴起的环境友好型筑坝技术胶凝砂砾石坝,尝试用表面波检测碾压质量。本文主要研究内容如下:(1)表面波法数值模拟与软件研发:不同介质模型数值计算表明,SASW法均能准确识别衬砌与围岩接触情况,尤其在脱空状态更加准确。当传感器道间距为被测物体厚度的1.0～1.5倍时,SASW法采集的数据质量最好,有利于提高缺陷识别精度。采用SASW法现场检测时,应尽量选用小锤快击的方式进行敲击,使得到的震荡曲线干扰较少,传感器采集的信号更准确。F-K法充分利用了多道表面波数据记录信息,能够获取更大范围内待测媒质的信息,通常选择基阶模态提取R波频散曲线,适用于水工结构中的板状长条结构。(2)抽水蓄能电站混凝土防渗面板劣化研究:十三陵抽水蓄能电站上水库12块面板共48个测区的混凝土R波速度VR基本在2200m/s以上,近60%的测区混凝土R波速度VR超过2400m/s,说明面板混凝土质量总体较好。衬砌与垫层接触较好,说明面板浇筑质量较好,面板接缝止水运行正常,无水侵入破坏垫层。SASW法针对抽水蓄能电站面板劣化程度给出定量评判,不受面板内部钢筋密集、面板含水率影响,这是探地雷达所不具备的功能,值得大力推广。(3)混凝土坝内部质量评估方法研究:建立了威后拱坝RCC芯样抗压强度与其P波波速的相关关系,当三维P波波速超过3600m/s时,RCC的强度可以达到20MPa;当三维P波波速超过4000m/s时,RCC的强度可以达到30MPa。测点表面以下一定深度范围内混凝土的质量均匀。用表面波法检测坝体内部质量,传感器道间距400cm时为3～5m左右,传感器道间距800cm时为5～10m左右。通过所有检测结果综合判断,混凝土强度超过30MPa才能满足设计要求,尤其是灌浆廊道附近的混凝土质量更好。对比回弹法、取芯法等混凝土内部强度检测方法,表面波法操作简单,评价坝体内部质量的有效探测深度可达3～10m。大坝表层混凝土最容易劣化,表面波法为评价混凝土坝以及其它大体积混凝土的内部质量提供了一种全新方法。(4)胶凝砂砾石筑坝施工质量评价:搭建的胶凝砂砾石筑坝质量检测系统实现了前方检测后方处理数据,可及时将测试结果反馈现场指导施工。表面波波速186m/s时胶凝砂砾石即可达到设计密度2.45g/cm3,6遍振碾后平均波速228.7m/s,此时已满足设计要求。浇筑1天仓面终凝之后,平均波速达360.3m/s,密度增加施工质量更有保证。借助胶凝砂砾石质量检测系统,配合挖坑灌水标定密度,可对CSG施工压实度进行快速、大范围测定。