锚杆在锚固状态下纵向振动规律研究

借鉴桩基检测理论，建立了锚杆一锚固介质纵向振动方程，推出了底端固定顶端自由、底端弹性支撑顶端自由时锚杆的位移、速度、加速度响应，并在现场对不同约束下锚杆的加速度响应进行了测试和分析。     

混凝土锚杆的瞬态动力响应实验研究

为了对不同锚固状态的混凝土锚杆的锚固质量进行快速、有效的无损检测,基于低应变应力波反射法进行了混凝土锚杆的瞬态动力响应实验研究.通过自由、完整及不同密实度缺陷锚杆的加速度响应曲线的波形特征进行分析和锚固质量判断,得出自由锚杆的波形十分规则、应力波衰减程度很小且锚杆的底端有多次十分明显的反射,完整及缺陷锚杆的固端反射明显而底端反射微弱,锚固介质为混凝土的锚杆的波形特征不如锚固介质为砂浆的锚杆的规则,较准确地判断出混凝土锚杆的锚固长度、缺陷位置以及密实度等参数,较真实的反映锚杆实际锚固状态.     

不同边界约束对锚杆锚固段承载特征的影响北大核心

为研究不同边界约束对锚杆锚固段承载特征的影响,在锚杆张拉预紧、锚杆-围岩协调变形承载状态受力分析基础上,采用数值计算方法开展相关研究。结果表明:不同边界约束锚杆轴力沿锚固长度均呈递减分布,有侧向约束锚杆轴力衰减速度较快;顶端固定侧向约束锚杆轴力在锚固长度1/2处递减明显变缓且接近0;底端固定侧向约束锚杆轴力在锚固始端5 cm内递减缓慢,随后呈幂函数递减;顶端固定侧向约束锚杆-锚固剂界面剪应力在锚固外端2 cm处出现峰值,但底端固定侧向约束剪应力峰值位于锚深9~10 cm处;顶端固定侧向约束锚固剂-围岩界面剪应力峰值位于锚固外端口,而底端固定侧向约束时剪应力峰值位于锚深8 cm处;不同边界约束两界面剪应力峰值大小和位置不同,是影响锚固失效模式的重要影响因素。     

锚杆锚固系统在瞬态激励下的动态响应特性

在考虑内外黏性阻力和底端岩层刚度的条件下,建立了端锚锚杆的纵向振动理论模型,求解得到了不同边界条件下端锚锚杆在瞬态敲击下的加速度动态响应,并基于该理论模型对影响锚杆锚固质量的参数进行了分析.最后将理论和数值模拟结果与实验进行对比,三者吻合较好,从而验证了理论模型和数值计算结果能较准确地反映锚固锚杆的振动特性和弹性波的传播规律.     

两端自由金属锚杆的最优激励试验研究

为了确定两端自由金属锚杆的最佳激励方式及其动态响应,分别对加速度传感器的安装方式、力锤激励方式、锚杆放置方式和背景噪声,进行了多种组合工况试验。通过utek2004数据记录仪的附带功能,以及自由振动衰减法等计算方法,对振动响应信号的正确性与有效性进行了判断并进行模态分析,得到了振动阻尼、衰减系数等模态参数,以及锚杆的计算质量。最后,根据振动曲线的各项相关评判标准,确定了最佳激发波及其相应的响应曲线,从而为进一步的复杂工况试验提供了依据。     

锚杆锚固质量应力波检测的固结波速探索

准确便捷地获得固结波速是检测与评价锚杆锚固质量的基础。为此,基于波动理论和应力波检测原理,建立端锚锚固系统在激振力作用下的振动模型,获得涵盖固结波速的系统振动响应表达式,得到振动位移在时空上的分布规律。结果显示:锚固段的固端振动明显、底端振动微弱,将应力波检测的固端振动位移代入振动模型,反求固结波速,避开了必须通过识别底端反射信号来获取固结波速的技术难题。利用正交试验研究了锚固段长度与直径、自由段长度、锚杆直径以及锚固材料等锚固参数对振动模型的影响程度。重点分析不同锚固段长度下,固结波速与固端振动峰值间的变化规律,显示两者间存在单调关系,证实了通过固端振动标定固结波速的可靠性。     

基于相位推算法的锚杆施工质量无损检测分析方法

将相位推算法引入到锚杆施工质量的无损检测分析中,首先对采集信号进行傅氏变换和数字滤波,将采集信号的主频作为相位推算法计算式中的频率初始值,再利用相位计算结果随时间的变化规律,判断锚杆底端或缺陷位置处的反射信号.通过对实测锚杆资料的处理结果来看,在锚杆底端或缺陷位置处信号的相位曲线会发生明显的畸变,由此可准确判断反射信号的位置,确定锚杆长度、灌浆饱满度以及缺陷位置.研究结果表明,利用瞬时相位曲线可迅速准确地识别锚杆底端与缺陷处的反射信号,由此分析锚杆施工质量,提高了应力波无损检测方法解释结果的可靠性.     

顶爆下锚固硐室拱顶变形与加速度响应模型试验

若地下硐室拱顶的变形或加速度过大,其围岩就会因此而破坏或不稳定。为了探索锚固硐室拱顶变形与加速度对爆炸荷载的响应规律,开展了室内顶爆模型试验研究。根据Froude相似原理,对顶爆试验进行了设计,对开挖硐室围岩采用不同锚固参数锚杆进行了加固。通过测定硐室拱顶变形与加速度波形曲线及其峰值,比较了不同锚固参数硐室拱顶变形、加速度及其最终破坏形态特征的差异性。结果表明,在爆炸荷载作用下,当硐室拱顶的环向应变、加速度波形处于正峰值时,拱顶曲率减小,围岩产生拉伸变形;锚杆间距比其长度对硐室拱顶变形的影响大;当锚杆的长度增大到一定程度时,对拱顶变形和加速度减小的作用并不明显,反而增大了拱顶加速度;当锚杆长度相同时,疏锚杆硐室拱顶出现了下沉、纵横向裂缝和掉块;当锚杆间距相同时,短密锚杆硐室拱顶仅出现了裂缝,但偏离了纵向方向,而长密锚杆硐室拱顶的变形相对较小,仅产生纵向直裂缝;拱脚加长硐室拱顶的变形比疏锚杆硐室小一个数量级,且其拱顶加速度相对较小,故采用这种加固方式有利于维护拱顶稳定。综合比较变形、加速度对硐室拱顶稳定性的影响发现,前者大小能在一定程度上可以作为判定影响拱顶稳定性的关键指标,而后者只能视作辅助性指标。     

多点布测下锚固缺陷诊断的小波多尺度分析

为解决锚杆低应变动测分析时,应力波速缺乏有效的量化手段的问题,进行多点布测方式下锚杆锚固质量的室内测试实验,并采用db6小波的3尺度或4尺度分析方法对测试信号进行分析。研究表明,多点布测的方式能准确确定波速的大小和波速传播过程中的变化大小在顶端传感器信号中的反应;对于单一缺陷的锚杆,采用平均波速计算的缺陷位置和锚杆长度与实际结果吻合,对于多缺陷锚杆,采用分段计算法能避免各测段波速离散性的影响,提高应力波检测精度;波速离散性较大,采用应力波速变化值比应力波速更能反映锚杆质量;锚杆的底端反射时间可在低频信号a3或a4中反应是由于低频信号反应大缺陷、高频反应细部缺陷的缘故。     

基于声波测试的锚杆锚固质量检测信号分析与评价系统实现

基于声波检测的锚杆锚固系统在受荷载条件下的声学特性,结合试验研究表明：锚杆锚固质量的优劣可用固结波速和锚杆工作荷载这两个参数来评判。固结波速确定的关键在于对锚杆底端反射信号的识别,采用小波分析方法处理检测信号,发现应用“db4”小波对检测信号进行4尺度或5尺度分解后,其最高频重构信号的第二个“波浪”的开始点所对应的时刻即是原始信号的底端反射时间点。采用自适应滤波法用参考信号对检测信号进行逼近得到完整的底端反射信号,表明这两种方法有很好的一致性。锚杆工作荷载是检测信号基频的三次方函数,通过频谱分析获得了信号基频。结合上述分析方法以Matlab为开发平台编写了锚杆锚固质量无损检测信号分析系统并应用于实践,实现了锚杆锚固质量的智能评价,提高了分析精度。