应力波法锚杆锚固质量无损检测技术研究

摘要

在锚杆支护的锚固工程中，锚杆锚固质量的检测是一项十分重要的工作。传统的静载荷检测方法难以满足工程实际对锚杆进行大面积检测的需要，而应力波法是一种无损检测方法，不会对锚杆产生破坏作用，适宜进行大面积的质量检测。 本文在理论分析的基础上，采用室内模型试验和现场测试相结合的方法，利用matlab的数字信号处理功能，对应力波法在锚杆锚固质量无损检测中的应用进行了研究。 论文通过对应力波传播理论的分析，研究了弹性波在锚固体系中的传播规律，得到了弹性波在锚固体系中的衰减规律和能量分配规律，为锚杆锚固质量的检测提供了重要的理论依据。 通过室内模型试验，从时域波形、频率和时频谱三个方面归纳总结了锚杆在不同锚固状态下的动力响应规律：锚杆锚固质量好，则锚杆中应力波的衰减快，底端反射难以识别。频谱中峰值的频率间隔量（频差）大小不等，变化区间较大。时频谱中仅首波周期内出现高频值，一次反射周期内频率已衰减至低频状态，只能勉强辨认。反之，锚固质量差，则底端反射清晰，频差大小基本一致，呈等间距分布状态，时频谱中出现多个高频值区域。 在室内模型试验的基础上，利用有利的现场环境，采取跟踪检测的方式，在顾桥矿1115（1）工作面回风顺槽进行了为期28天的现场检测试验，通过现场105根锚杆在松动前后的对比检测分析，验证了室内模型试验结论的准确性。 随着本课题的进展，配套研发的锚杆无损检测的软件（MineAnchorPro）已完成了主体框架的编写工作，结合更多的试验经验和试验成果，不断的完善该软件并使之投入市场应用将是本课题下一步的工作方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 岩土锚固的力学问题

1.2.1 锚杆的结构及分类

1.2.2 锚固机理

1.2.3 锚杆的失效

1.3 国内外研究现状与分析

1.4 本文的研究内容、方法与研究路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法

1.4.3 研究路线

2 锚杆无损检测的理论基础

2.1 锚杆无损检测的波动理论

2.1.1 应力波的传播

2.1.2 应力波的频谱

2.1.3 应力波的衰减

2.2 锚杆在荷载作用下的振动规律

2.2.1 锚杆在轴向荷载作用下的振动规律

2.2.2 锚杆在轴向荷载Q(t)作用下的强迫振动

2.2.3 锚杆在瞬态力作用下的振动

2.3 一维弹性应力波传播的规律

3 锚杆锚固系统动力响应规律研究

3.1 室内模型试验

3.1.1 试验目的

3.1.2 锚杆模型的制作

3.1.3 测试设备

3.1.4 测试中应注意的问题

3.1.5 试验工作量统计

3.1.6 数据处理软件

3.2 不同锚固状态的波谱特征

3.3 锚固动测数据的时频特征

3.3.1 时频分析技术

3.3.2 S变换基本原理

3.3.3 锚固动测数据的时频特征

3.4 锚杆无损检测技术流程

3.5 本章小结

4 顾桥矿1115(1)面回风顺槽锚杆检测试验

4.1 顾桥矿1115(1)面工程地质条件

4.1.1 位置与交通

4.1.2 工程地质情况

4.2 现场检测试验

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致 谢

作者简介及读研期间主要科研成果