Early warning of structural deformation and deterioration processes using acoustic methods

Tiago Biller, Karsten Zimmermann

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoCalgary 2022: 75th Canadian Geotechnical Conference

Session: W1

RÉSUMÉ: Un problème sérieux avec la longévité des structures en terre retenant l'eau est leur vulnérabilité à l'érosion interne (IE). Une partie de l'énergie produite pendant, par ex. la déformation du sol et le transport des particules par l'infiltration de fluide sont convertis en chaleur et en son. La composante haute fréquence (> 10 kHz) de ce son est appelée émission acoustique (AE) et sa surveillance offre la possibilité de détecter les comportements à l'échelle des particules qui conduisent à des réponses à l'échelle macro des sols. La méthode de détection AE est unique dans sa capacité à détecter spécifiquement le transport de particules par infiltration de fluide (ou instabilité interne), comme cela a été démontré dans des expériences en laboratoire. Le traitement et l'interprétation des données à l'aide des amplitudes et de la signature spectrale du signal produit permettent d'utiliser l'AE pour différencier l'écoulement de fluide avec et sans transport de particules - en particulier la transition de l'un à l'autre, ou le début de l'érosion interne - ainsi en observant la progression de l'érosion.

ABSTRACT: A serious problem with the longevity of water-retaining earth structures is their vulnerability to internal erosion (IE). Part of the energy produced during e.g. soil deformation and particle transport by fluid seepage is converted to heat and sound. The high-frequency (>10 kHz) component of this sound is called acoustic emission (AE) and its monitoring offers the potential to sense particle-scale behaviors that lead to macro-scale responses of soils. The AE detection method is unique in its capacity to specifically detect particle transport by fluid seepage (or internal instability), as has been shown in laboratory experiments. Data processing and interpretation using the amplitudes and the spectral signature of the produced signal make it possible to use AE to differentiate between fluid flow with and without particle transport - especially the transition from one to the other, or the onset of internal erosion - as well as observing the progression of erosion.

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