基于特征线法的锚杆(索)锚固质量应力波检测方法

将由锚杆(索)和外围注浆体组成的锚固体等效成一维弹性杆件,采用应力波特征线法,并根据应力波在突变断面处的入射、反射和透射关系以及初始与边界条件,得到应力波传播过程中的应力和速度。通过计算锚固体的复合弹性模量和质量密度以获得应力波在其传播的波速,并按传播时间的对数螺旋衰减规律对求得的应力波应力和速度进行修正。考虑均匀断面全长注浆型、存在自由段非全长注浆型和存在缺陷段全长注浆型这3种锚固体,及由端头发射端头接收和底端发射端头接收2种应力波信号处理方式,得到简便判断锚固体断面变化处位置和锚杆(索)长度所需的脉冲信号时间,并推导出由锚固体断面变化处和底端反射(或透射)回的应力波的速度计算公式。在算例中,研究脉冲信号时间、应力波衰减系数、外围注浆体的混凝土强度等级、锚杆(索)自由段和锚固段交界面位置及缺陷段注浆饱满度对应力波法检测锚固体质量的影响,同时,分析实测锚杆(索)长度误差影响因素。研究结果表明:满足简便判断锚固体质量的脉冲信号时间范围很小;锚固体外围注浆体的混凝土强度等级对端头接收到的应力波的速度信号影响较小;锚固体断面变化处仅对由该位置反射回的应力波的速度信号有一定影响;缺陷段的饱满度越低,经缺陷段和锚固段交界面处反射后在端头接收到的应力波的速度信号越强,而由底端反射(或透射)回的应力波的速度信号越弱;缺陷段的饱满度对实测锚杆(索)的长度影响较大。     

锚索锚固质量检测的应力波法试验研究

在较长锚索中利用应力波法难以在锚索端头接收到反映锚固体断面变化处的有效应力波信号,以3种特殊形式锚固体(全长注浆型锚固体、存在缺陷段全长注浆型锚固体和存在自由段非全长注浆型锚固体)实际模型为基础,采用锚索端头和底端分别激发应力波信号这2种方式,通过实测应力波振动速度,并与理论分析结果进行对比,验证应力波法检测锚索锚固质量的可靠性。然后,结合锚索端头和底端分别激发应力波信号这2种方式研究锚索端头和底端同时激发应力波信号方式对锚索锚固质量进行检测的可行性。研究结果表明:锚索端头和底端同时激发方式可对锚索锚固质量进行有效检测,且在锚索端头接收到的信号为反映锚固体断面变化处位置中传播路径最短的应力波信号;为了能够区分锚索端头和底端分别激发的应力波信号,建议这2种应力波信号采用不同频率。     

锚杆锚固质量动测法底端反射显现规律研究

根据锚固体系的锚杆动力学及应力波运动学理论，运用应力波反射法，通过分段截取，在自制的模拟试件上进行了大量实验研究，得出了锚杆底端反射的显现与锚杆自由段长度、锚固段长度、波长之间的定量关系：对于水泥锚杆，当自由段长度等于2．5倍波长，或2．87倍锚固段长度，对于树脂锚杆，当自由段长度等于2．5倍波长，或5．882倍锚固段长度时，底端反射消失，并给出了在工程实践中彻底解决锚杆锚固质量动态检测底端反射问题的方法和途径。     

不同围岩级别和锚固介质下锚杆动测波形特征分析

基于应力波反射法,通过不同围岩级别和锚固介质中锚杆的瞬态动力响应实验研究,对锚杆的加速度响应曲线的波形特征进行分析.结果表明,随着龄期的增长,固端反射信号非常强烈,而底端反射信号越来越微弱,甚至很难识别;围岩和锚杆介质均匀密实的锚杆其信号相对平缓一些.     

激发应力波在锚杆锚固体中传播规律的实验研究

通过理论分析和实验研究,证明了锚杆锚固体中弹性应力波的波速确实会发生变化,给出了锚杆锚固质量与锚固体中弹性应力波波速之间的定性关系。     

端锚锚杆锚固质量检测最佳激发波的数值模拟

研究在检测端锚锚杆锚固质量时的最佳激发波. 针对一种特定型号的端锚锚杆进行数值模拟,确定了数值模拟中不同频率激发波下有限元模型网格的最佳尺寸,得到了针对该型号锚固锚杆质量检测的最佳激发波,在锚杆顶端可以看到清晰的上界面和底端反射波. 利用此最佳激发波对脱锚锚杆进行模拟,可以清楚地看到脱锚段的反射波. 因此,在工程上可以直接使用此最佳激发波对锚固锚杆进行锚固质量检测.      

基于应力波的锚杆锚固质量无损检测研究进展

施工工艺、材料特性、环境与荷载长期耦合作用等因素导致岩土体中锚杆锚固结构产生锚固缺陷,对工程安全构成潜在威胁。对在役锚杆锚固结构开展无损检测是进行锚固质量评估、锚杆质量补强的重要环节。应力波法适应强、发展快,是锚杆锚固质量无损检测技术采用的主要方法。从基于应力波法的锚杆锚固质量无损检测理论、室内模型试验、应力波激振与接收、信号处理与分析、数值模拟方面对国内外锚杆锚固质量无损检测技术研究现状进行了综述。研究表明：中国锚杆锚固质量无损检测技术研究起步晚,但发展迅速;现有锚杆锚固质量无损检测技术较为成熟,可实现黏结型锚杆杆体长度及灌浆密实度检测,但其中仍存在不足,限制了锚杆检测精度与检测长度;针对老旧锚杆服役状态的无损检测方法也较少报道,仍需开展研究。最后结合未来发展趋势对未来可能发展的方向进行了展望,后续研究中,应进一步改进与完善现有理论,研发与升级无损检测技术与设备,拓展锚杆锚固质量无损检测技术适用范围。同时,应构建基于无损检测技术的锚杆服役状态智能评价体系并提出锚杆剩余寿命预测方法。     

塑料胀壳式注浆锚杆设计及机理

塑料胀壳式注浆锚杆是针对松软围岩巷道中锚杆支护出现的锚固作用不够、漏顶、片帮等诸多问题而研制的·通过对锚杆杆体及围岩的受力分析,利用ANSYS有限元进行数值模拟,与国内外其他注浆锚杆进行比较,得到了塑料胀壳式注浆锚杆的锚固力是端锚锚杆锚固力与全长浆体粘结锚固力叠加的结果·其具有锚固力大,成拱作用范围大,安装方便,止浆密封可靠,经济合理等优点·塑料胀壳式注浆锚杆主要适用于锚固加固松软围岩,防止漏风,避免发火,堵水等     

锈蚀对海底隧道锚固支护结构加固性能的影响

根据前人的理论研究及试验成果,基于FLAC3D锚固模型及有限元强度折减思想,探讨了加筋锈蚀对锚固支护结构加固性能劣化的影响.结果表明:随着锚杆锈蚀程度的提高,围岩加锚区变形及围岩塑性区面积增大,其中锈蚀对隧道起拱线处的收敛变形影响明显,位移锈蚀影响度最大可达56.7％;锈蚀降低了锚固注浆体的粘结力和锚杆强度,且锈蚀对锚固注浆体粘结作用劣化的影响大于对锚杆强度劣化的影响,围岩锚杆最大轴应力锈蚀影响度最大为11.6％,锚固注浆体最大剪应力锈蚀影响度最大达18.6％.研究结果可为分析海底隧道锚固支护结构的锈蚀劣化提供一定的参考.     

无损检测锚杆技术在溪洛渡左岸导流洞中的应用

溪洛渡水电站为国内第二大、世界第三大水利水电工程。我局承担左岸导流洞工程施工,采用声频应力波反射法对我局施工的左岸导流洞工程锚杆质量进行无损检测。本次左岸导流洞工程锚杆共检测578根,检测结果全部合格。声频应力波发射法检测的精度可靠,操作方法简单,是今后施工单位、监理单位在锚固工程中值得推广的一种检测手段。     

锚杆锚固质量的超声导波检测技术研究

采用低频超声纵向导波检测了锚杆的锚固质量.首先研究了调制波类型及激励信号周期数对信号频谱的影响,优选出汉宁窗调制的正弦波信号作为检测信号,然后数值模拟研究了20~100 kHz纵向导波在锚杆锚固段上界面的反射情况,进行了纵向导波在锚杆底端与锚固段上界面反射回波的时间差确定锚固锚杆的脱锚长度,进而确定锚杆的粘结密实度的理论与试验研究,结果表明:随着频率的增大,锚固段上界面的反射回波系数逐渐减小.锚固段上界面反射回波系数的试验与数值模拟结果变化趋势差异较大,原因为传感器具有谐振频率及传感器与锚杆接触面耦合存在能量损失.粘结密实度测定的试验与理论结果吻合较好.      

应力波反射法锚杆底端反射显现规律的实验研究

运用应力波反射法,通过分段载取,在自制的模拟试件上进行了大量实验研究,找出了锚杆的底端反射的显现与锚杆的自由段长度,锚固段长度,波长之间的关系。     

加筋锈蚀对氯离子侵蚀海底隧道锚固支护结构影响分析

由于长期氯离子侵蚀及干湿交替环境作用,海底隧道锚固支护结构易于加筋锈蚀,造成支护结构强度的降低.结合某海底隧道Ⅲ级和Ⅳ级围岩锚固支护结构设计,基于前人研究理论及试验成果,采用数值分析软件FLAC3D及有限元强度折减思想,探讨加筋锈蚀对锚固支护结构体系承载作用的劣化影响.研究表明,(1)锚杆锈蚀削弱了锚固支护结构的支护强度;随着加筋锈蚀的增加,隧道加锚围岩的变形逐渐增大;锈蚀对隧道加锚围岩起拱线处的收敛变形影响最明显,Ⅲ级围岩位移锈蚀影响度最大可达56.7%,Ⅳ级围岩位移锈蚀影响度最大可达62.98%.(2)锚杆锈蚀降低了锚固支护结构的锚固作用,锈蚀对锚固注浆体的黏结作用的损失影响比对锚杆应力作用的损失影响大;Ⅲ级围岩锚杆最大应力锈蚀影响度最大为11.6%,锚固注浆体最大剪应力锈蚀影响度最大达18.6%;Ⅳ级围岩锚杆最大应力锈蚀影响度最大为12.3%,锚固注浆体最大剪应力锈蚀影响度最大达20.1%;说明锈蚀对Ⅳ级围岩锚固支护结构影响比Ⅲ级围岩略大.研究结果可为海底隧道锚固支护结构运营风险评估提供一定的数据依据.     

岩土预应力锚杆(索)耐久性影响因素及防护措施探讨

岩土预应力锚杆(索)的工作环境多为岩土体，而且周围存地下渗流。工作环境的复杂性决定了引起其耐久性失效因素的多样性.锚杆(索)耐久性的失效是多种因素耦合作用的结果，其中占主导地位的因素有电化学腐蚀、应力腐蚀、氢脆腐蚀和预应力损失等.在采取提高预应力锚杆(索)耐久性的具体措施之前，应先从工作环境对钢材的侵蚀性和对注浆体的侵蚀性两个方面进行科学评价，根据环境侵蚀性的级别、锚固工程的重要性、锚杆(索)的服役年限对不同部位的锚杆(索)采取不同等级的工程防护措施.     

端头锁定对锚杆受力影响的理论及数值分析

全长黏结锚杆端头是否采用螺丝垫板固定或者与钢拱架焊接将导致锚杆的受力特征发生显著差异,研究这种差异对于理论认识及工程应用这类最常规的支护措施具有重要的理论意义及实用价值.采用理论分析及数值模拟的手段,对是否采用端头锁定的两种类型全长黏结锚杆轴力/杆体表面剪切力的分布形式进行了系统研究.主要研究工作如下:①根据两种类型全长黏结锚杆与围岩不同的作用方式,分析得到杆体轴力/表面剪切力分布的边界值;②通过理论分析,建立了能够反映两种类型全长黏结锚杆的杆体轴力/表面剪切力同围岩变形关系的统一微分方程;③以有限差分软件FLAC3D中内置的pile/cable结构单元作为基础,结合link,通过fish语言建立了考虑端头锁定的全长黏结锚杆模型构建方法;④分别采用理论方程和数值模拟对同一算例的两种类型全长黏结锚杆轴力/表面剪切力进行求解,对比论证了模型构建方法的合理性,研究了两种类型锚杆受力的差异性.     

全长黏结GFRP抗浮锚杆拉拔特性分析

通过非线性有限元软件ABAQUS中的Cohesive黏结单元模拟锚杆杆体-灌浆体界面、灌浆体-周围岩体界面之间的接触,建立玻璃纤维增强聚合物(GFRP)抗浮锚杆杆体-基岩的轴对称数值计算模型,探究全长黏结GFRP抗浮锚杆的拉拔特征和变形规律。研究结果表明:本文建立的有限元模型能够较好地反映GFRP抗浮锚杆的荷载-位移关系、轴应力及剪应力沿锚固深度的分布规律。随着拉拔荷载的增加,灌浆体的应力逐渐增大并沿锚固深度向下传递,灌浆体应力的影响范围也逐渐扩大;周围岩体的应力持续增大,GFRP抗浮锚杆对周围岩体的横向作用范围也相应增大。锚筋弹性模量越小,轴应力与剪应力传递深度越浅;GFRP锚杆轴应力的衰减速率比钢筋抗浮锚杆的衰减速率快。随着GFRP抗浮锚杆的锚固长度的增加,轴应力衰减速率加快,轴应力传递深度减小,剪应力峰值点与地表的距离增大,剪应力峰值和传递深度变小。     

煤巷锚杆支护质量的应力波检测技术

针对常规锚杆支护质量检测方法多为有损检测的情况,提出一种基于应力波的无损检测技术。根据声学理论,建立锚固检测理论模型,并设计了检测系统。分析表明,该技术应用波的振动耦合传输特性和声学特性来反演锚固体的质量状况,可用于检测锚固单元间岩体的稳定性及锚固体系的完整性。该研究可为煤巷整体状况的预测提供技术支持。     

分体式锚杆加固边坡设计及应用

为了提高全长注浆型锚杆在地层中的锚固效率,改善锚杆在滑面两侧的应力集中现象,提出一种新型分体式锚杆。介绍分体式锚杆的结构组成和技术特点,在确定最优锚固单元长度的基础上,提出分体式锚杆加固边坡的设计方法,包括锚固力计算、锚筋选取、锚固总长度计算、锚固单元长度选取以及外锚结构选取等。将该方法应用于国道G214线某公路边坡病害加固工程设计中,并采用数值模拟方法研究分体式锚杆的受力机制。研究结果表明:边坡变形在分体式锚杆的加固下逐渐趋于收敛,坡体病害得到根治,从而验证了设计方法的有效性。     

不同锈蚀度时海底隧道锚固支护结构岩锚相互作用分析

基于长期氯离子侵蚀及干湿交替环境作用,海底隧道锚固支护结构发生锚杆锈蚀,造成支护结构强度工作性能劣化,结合某海底隧道Ⅳ级围岩锚固支护结构设计,基于前人研究理论及试验成果,采用数值分析软件FLAC3D并借鉴有限元强度折减思想,分析不同锈蚀程度下隧道的位移、应力、塑性区等影响规律,探讨锈蚀对锚固支护结构体系中岩锚相互作用的影响。研究结果表明:随着锈蚀度的增加,隧道加锚围岩区的位移增大,塑性区扩展,说明锚杆锈蚀削弱了锚固支护结构的整体支护强度;锈蚀对隧道加锚围岩起拱线处的收敛变形影响明显。锚杆锈蚀降低了锚固支护结构中岩锚相互作用,锈蚀对锚固注浆体的黏结作用的损失影响比对锚杆应力作用的损失影响大。     

导波在围岩锚固结构中传播的数值模拟

基于导波理论,把锚固锚杆当做波导介质来考虑,建立了围岩-砂浆-锚杆的三层介质模型,并利用有限差分程序对锚杆系统在瞬态击振力作用下的动力响应进行了数值模拟分析.研究表明:当激发波频率一定时,围岩质量越好,耦合到锚杆中的能量越少,导波透射到围岩中的能量越多,锚杆底端反射波振幅越小;随着围岩质量的提高,波能量的衰减越来越小,...