超声应力波法检测锚杆的机理分析及应用

锚杆锚固质量的超声应力波法（USW）检测包括锚杆长度检测和灌浆密实度检测。依据一维杆件的粘弹性波理论,建立了锚杆锚固的数学-力学模型并分析求解,研究了应力波在已锚固锚杆中的传播机理,并对几种情况进行分析,对应用超声应力波法检测锚杆长度和灌浆密实度的理论基础和机理进行了探讨和分析。结合在大型水电工程中的实际应用,证明超声应力波法用于锚杆锚固质量检测具有良好效果。     

声频应力波在锚杆锚固状态检测中的应用

研究了声频应力波法快速普查检测锚杆锚固状态的原理及评价分级标准,并将它成功地应用于潘一矿锚杆施工质量的检测,得出了利用声频应力波快速普查检测锚杆锚固质量的方法是切实可行和有效的。     

锚杆锚固质量无损检测的研究

本文介绍了一种无损检测锚杆锚固质量的新技术。通过模型试验,分析了声频应力波在锚固体系中的反射相位特征和能量衰减变化规律,探讨了测定锚固力的无损拉拔试验,并将结果成功应用于潘一矿巷道锚杆锚固工程的施工质量检测。     

隧道锚杆锚固质量无损检测技术

采用声波检测仪,应用声频应力波在不同波阻抗面反射的能量和相位的变化原理,对隧道的锚杆锚固质量进行了无损检测试验研究,并对检测技术进行了探讨.结果表明,作为一种工程质量管理辅助手段,采用应力波对锚杆锚固质量进行无损检测,丰富了隧道围岩锚固质量检测方法,为隧道工程建设提供更好的质量保障.     

无损检测锚杆锚固质量的现场试验研究

利用声频应力波法和无损拉拔试验,现场在潘－矿检测了锚杆支护的施工质量,得出声频应力波在锚固体系中的传播,相位和衰减变化规律,以及锚固质量普查检测的分级标准和精确无损测定锚固力的方法。     

动力扰动下全长黏结锚杆的力学响应特性

深部岩体工程中,锚杆在围岩变形后处于高承载应力状态,受到爆破振动、矿震等动载荷作用后极易失效,因此,亟待研究动力扰动下锚杆的力学响应机制。基于SHPB试验平台,自行研发了一套研究锚杆动力响应的试验装置,开展动力扰动下全长黏结锚杆的力学响应特性研究。结果表明：初始动载荷作用下锚杆滑移量随着入射能的增加而增加,锚杆中应力波的波峰值随着传播距离的增加而逐渐减小,当应力波传播至锚杆最里端时,应力波峰值衰减较大;第2次动载荷后锚杆SG1处与SG2处应力波峰值差明显比第1次减小,表明动载荷下锚固界面从锚杆外端开始损伤;锚杆失效与锚固界面损伤有关,锚杆承载后初次受到动载荷的影响导致锚固界面产生损伤,损伤锚固段又受到外部载荷（如二次冲击、岩体挤压）作用时会进一步劣化,其不能抵抗围岩的变形而失效。研究结果为揭示锚杆支护失效行为,采取合理的设计与施工提供新的思路。     

锚杆锚固体系中的波系特征研究

采用凝固过程中的混凝土模拟不同物理力学特性的锚固介质,用数值模拟和试验的方法研究了锚固锚杆中的波系及锚固锚杆中界面波的形成过程。数值模拟和试验模拟都表明随着锚固介质力学性质的改变锚杆中传播的波的特性发生改变。锚杆中传播的P波对锚固介质的力学特性非常敏感,随着锚固强度的增加,界面波产生,P波逐渐衰减消失。锚杆中传播的波由原来的P波占主导成为界面波占主导,波在锚固段的传播速度也由杆速度成为界面波波速。界面波的波速与锚固介质的力学性质相关,因此可以用界面波的波速来评价锚杆锚固质量以及计算锚杆锚固段长度。     

应力波无损检测锚固质量的BP网络分析

本文探讨了用于锚杆锚固工程质量评价分析的人工神经网络模型,阐述了基本原理和算法,并结合实例应用表明该方法的可行性和有效性,完善了无损检测锚杆施工质量的声频应力波法。     

粘结式锚杆在爆炸动载下轴向应力分布研究

通过物理模型试验,研究在爆炸动载作用下临近工作面支护锚杆的应力状态。根据相似条件和简化假设,采用集中装药进行工程掏槽爆破模拟,利用粘贴在锚杆上的应变片测得近区端锚和全锚锚杆的轴向应变波。测试结果表明,爆破引起锚杆振动时间约为6 ms,经过9 ms的缓降期锚杆变形趋于稳定值;动载期间端锚锚杆在杆体中部锚固段测得峰值应力比杆体尾部自由段的值大,但相差不大,动载过后尾部的残余应力较大;全锚锚杆在杆体尾部测得的峰值应力和残余应力都远大于杆体中部测得值。利用无限体内一点受法向集中力作用的位移势函数,推导锚固体及周围岩体的轴向应力分布,并计算一定预应力在锚固区产生的附加轴向应力,结合动应力的作用分析锚杆的受力状态     

注浆锚杆完整性检测方法研究

采用理论分析和实验室测试的方法对锚固锚杆和自由锚杆中的导波传播规律进行了研究,并在频率为20 kHz～ 3 MHz范围内对锚固锚杆和自由锚杆波的传播速度进行了测试,发现锚固锚杆内不同频率的导波传播速度对锚固介质具有不同的敏感性。低频率段（20～200 kHz）的导波传播速度对锚杆锚固质量较为敏感,自由锚杆和锚固锚杆中导波的传播速度相差较大,适合于检测锚杆的锚固质量。高频率段（1～3 MHz）的导波传播速度对锚杆锚固质量不敏感,导波的传播速度基本不变,适合于锚杆完整性检测。探索了利用高频段多频率导波检测锚固锚杆长度的方法。实验室检测结果显示,本检测方法具有很高的精度     

扭转导波在锚固锚杆中传播的数值模拟

采用有限元数值模拟的方法研究了扭转导波在锚固锚杆中的传播性质。建立了自由锚杆和锚固锚杆的有限元模型,在锚杆顶端激发20～60 kHz扭转导波信号,计算得到导波在自由锚杆和锚杆锚固段的传播速度值与理论值吻合很好,证明了扭转导波数值模拟方法的有效性。数值模拟结果表明：随着激发波频率的增大,扭转导波在自由锚杆和锚杆锚固段中的衰减值均呈线性递增趋势,导波在锚杆锚固段上界面的反射回波逐渐减弱;扭转导波在锚杆锚固段的衰减值较大,无法在锚杆顶端采集到锚杆底端反射回波信号,所以扭转导波不适用于锚杆长度的检测;随着锚固介质弹性模量的增大,同一频率扭转导波在锚杆锚固段上界面的反射波逐渐增强。通过检测扭转导波在锚杆锚固段上界面的反射回波,可以确定锚固介质弹性模量的大小。     

锚杆锚固质量无损检测数据的分析与处理

由于锚固体系中有不同大小和程度的缺陷，声波在传播过程中将产生能量衰减、相位突变及频散现象。利用声波的能量特征和波阻抗分析方法，对锚固质量进行初步分级；利用相位特征和小渡时频分析方法，对锚固系统中的锚固缺陷进行准确定位。三峡工程实际应用验证了该方法是有效的。     

低应变动测桩及锚杆中波的传播规律差异研究

应力波法是检测桩基与锚杆质量的一种快速、有效的无损检测方法,运用该法对桩基与锚杆进行质量检测时均基于一维杆件的波动理论,波速是进行二者质量判断的最基本参数,部分研究和工程技术人员易将两种应力波速混淆,可能会造成实际检测中的误判。为此,以自由锚杆和不同龄期下标准混凝土试块中的应力波速为参考,采用低应变反射波法对桩基和锚杆中的应力波速进行了对比研究。研究表明,桩基中的应力波速与锚杆中的应力波速存在较大的差别,前者略大于标准规格混凝土试件中的波速,而后者小于自由锚杆中的应力波速大于桩基和标准混凝土试块中的波速;桩基和混凝土试块中的应力波速与龄期和强度近似服从上升指数关系,而锚杆中的应力波速与龄期和强度近似服从下降的指数关系。     

隧道围岩全长黏结式锚杆界面力学模型研究

分析围岩弹塑性介质中全长黏结式锚杆的锚固界面层应力分布和变化特征,对研究隧道工程初期支护系统的力学效应具有重要意义。根据全长锚杆微段的受力平衡以及锚固界面层剪应力的传递机制建立了关于锚杆轴向位移的微分方程,通过求解锚杆轴向位移的微分方程可得到锚杆与围岩相互作用下的轴向载荷和锚固界面剪应力的分布函数。然后将锚杆界面剪应力对围岩的支护反力转化为圆形隧道轴对称径向体积力,进而求解有锚喷支护作用下圆形隧道围岩塑性区半径。在此解析模型基础上,可对隧道围岩-支护系统进行详细的分析和评判。算例分析表明,初期支护时机的选择对锚固效应和围岩稳定性有较大影响;适当增加全长黏结式锚杆的锚固层厚度能明显降低锚杆端部剪应力的应力集中度,能有效改善锚杆的锚固效果。     

基于小波时频分析的锚固缺陷诊断方法

锚固体系中存在不同大小和程度的缺陷时,声波在传播过程中将产生能量衰减、相位突变及频散现象.利用小波时频分析及能量集中特性,提取信号的相位特征,结合波阻抗能量分析方法,可以对锚固系统中的锚固缺陷进行准确定位.讨论了这种方法的实现过程,三峡工程实际应用验证了该方法是可行的.     

大型地下洞室全长黏结式岩石锚杆锚固机制研究及锚固效应分析

以大型地下洞室为背景,采用隐式锚杆柱单元模拟黏结式岩石锚杆,推导了杆体对围岩模型的附加刚度贡献模型。根据中性点理论,假定锚固体界面的剪切滑移模型,导出了锚杆与围岩相互作用下的荷载传递基本微分方程。基于三维弹塑性有限元增量法计算的围岩离散位移,采用插值拟合获得造成锚杆变形的围岩连续位移,通过求解微分方程得到锚固体界面剪应力和轴向力分布函数。将获得的锚固体剪应力采用等效附加应力模型作用于岩体,反映了锚杆的支护效应。实例分析表明,锚杆新算法能较好地模拟锚杆支护效果。获得的锚固体受力分布特征符合中性点理论,锚固体界面剪应力分为正、负两段,锚固体轴向力分布为单峰曲线。此外,新方法的计算值与实测值较为接近。