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。     

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。     

2种应力波信号增强方式在预应力锚杆(索)锚固质量检测中的适用性研究

由于随着锚杆(索)长度的增长,采用应力波法在端头接收到判别锚固体质量(锚杆(索)长度和锚固体断面变化处位置)的脉冲信号越弱,为了使此法同样适用于较长锚杆(索)的锚固质量检测,需增强端头接收到的应力波信号,为此,选择2种应力波信号增强方式(第1种为端头发射脉冲信号底端放大,第2种为端头和底端同时发射脉冲信号),然后,以锚杆(索)和注浆体组成的复合体计算应力波传播速度,并考虑应力波随传播时间呈对数螺旋衰减规律,采用特征线法计算得到简便判别锚固体质量的应力波信号时间和在端头接收到底端和锚固体断面变化处的应力波信号的速度,研究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种特殊锚固体算例。研究结果表明:除锚固体断面变化处的位置离端头较近外,第2种信号增强方式均有适合简便判断锚固体质量的脉冲信号时间,而第1种信号增强方式仅在锚固体断面变化处的位置离端头较远时才存在;采用第2种信号增强方式时,在端头接收到反映锚杆(索)长度和锚固体断面变化处位置的脉冲信号均为端头或底端脉冲信号经各断面变化处传播到端头所用时间最短的信号,故所采集的脉冲信号均强于第1种信号增强方式所获得的信号;由于第2种信号增强方式存在1对相向传播的应力波信号,且各信号均能反映锚固体质量信息,故在实际操作中,需利用端头和底端发射不同频率的应力波信号加以区分。     

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.      

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。     

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.     

外露段与超钻深度对土遗址锚固无损检测影响的室内研究

为研究土遗址玻璃纤维(GFRP)锚杆锚固系统中外露段长度和锚孔超钻深度对锚固系统基频与采样波形的影响,在室内模拟制作了3根外露段长度为0.5 m,锚固长度1 m,底端预留浆液长度为1 m的试验锚杆系统.试验过程中,首先固定锚固段长度(1 m),对外露段分段切割至0.1 m,然后固定外露段长度(0.1 m)不变,对底端预留浆液部分进行分段切割,以模拟不同的外露段长度与超钻深度.每次切割后,分别采集各外露段长度与各超钻深度下的无损检测波形.通过对采样波形的时域与频域分析,发现随着外露段长度的增加锚固系统基频减小,且外露段长度为0.3～0.5 m时会造成波形失真、干扰信号增加、波形图难以识别,甚至会对锚固质量做出错误评价.对于外露段长度为0.1 m,锚固长度为1 m的土遗址GFRP锚杆锚固系统,超钻深度对锚固系统基频和采样波形的影响均很小.     

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.      

索梁锚固区应力状态单因素影响分析

为研究不同锚固区节段长度对索梁锚固区应力状态的影响,建立2种锚固构造的8个壳单元模型进行双重非线性(几何非线性和材料非线性)分析,比较8个模型中钢锚箱、钢锚梁、腹板和横隔板的应力分布情况。对比结果表明:不论锚固构造横桥向设置还是顺桥向设置,锚固区节段长度对钢锚箱的应力影响相对较小,而对钢锚梁、腹板和横隔板的应力影响较大;当所选锚固区节段长度远离锚固区大于2倍梁高时,计算结果差值在5%以内。所得结论可供锚固区数值模拟参考。     

地下水基坑预应力锚杆复合土钉支护的稳定性

为研究预应力锚杆复合土钉支护体系参数中土钉长度、倾斜角度、锚杆锚固段长度对基坑稳定性的影响,采用有限元方法,考虑地下水影响,建立基坑数值分析模型,通过强度折减法,研究预应力锚杆复合土钉支护与普通土钉支护在稳定性方面的差异.研究结果表明:预应力锚杆复合土钉支护土钉长度超过10 m时,对基坑稳定性影响效果显著;复合土钉支护土钉倾角由0°到15°改变时对基坑稳定性影响较大;锚固段长度的改变对基坑稳定性影响并不显著,当锚杆总长度及预应力值一定的情况下,存在锚固段与自由段长度的最优分配,使得锚杆施力最为合理,基坑最为安全.     

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。     

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。     

玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆的临界锚固长度计算

考虑到抗浮锚杆的工作机理与抗拔桩相似的特性,基于理想同心薄壁圆柱体剪切模型及抗浮锚杆剪应力分布简化模型,推导出GFRP抗浮锚杆的临界锚固长度的解析式,并以工程实例检验该方法的合理性。研究结果表明：本文提出的GFRP抗浮锚杆临界锚固长度解析计算方法是可行的,将理论临界锚固长度的2/3作为GFRP抗浮锚杆实际锚固长度参考值,可以在保证承载性能的前提下提高材料利用率。GFRP抗浮锚杆临界锚固长度理论值随锚杆杆体-岩土体弹性模量比值的增大而增大,但在该比例逐渐变大的过程中,临界锚固长度增长幅度逐渐降低。此外,增加杆体半径亦可提高理论临界锚固长度。研究结果可为GFRP抗浮锚杆的推广使用提供理论依据与实践参考。     

地下结构围岩锚固参数的弹塑性分析

本文在对地下工程结构围岩体进行弹塑性分析的基础上，提出结构体锚杆加固参数（锚杆长度，锚固范围及锚杆变形量）的计算式，并对锚杆的布置方位进行了探讨。     

模型桩多波检测的对比研究

文章给出了瞬态激振力下完整桩与浅部缺陷桩的纵波、扭转波及横波实测的桩顶速度响应与数值模拟结果;分析多波检测曲线的特征,结果表明扭转波和纵波桩底反射波相位特征一致,但横波桩底反射波会同时出现同相位和反相位;根据纵波、扭转波及横波在桩土系统传播的定解问题,利用有限差分方法分别求解了3种波的桩顶速度响应,计算结果表明扭转波对浅部缺陷反射更为敏感,但是横波测试的横向尺寸效应受激振力作用时间和桩径比(桩长与桩身直径的比值)的影响要比纵波和扭转波明显。     

锚杆自由长度在三峡船闸锚杆设计分析中的应用

结合三峡船闸设计研究工作,通过分析闸墙施工过程中自重荷载、温度荷载以及完建运行时温度应力、渗透压力的作用,详细研究了锚杆取不同自由长度时锚杆的应力情况。结果表明,增加锚杆自由长度可以大幅度减小锚杆由闸墙自重、温度引起的高剪应力,使各锚杆的受力均匀化,降低锚杆的最大拉应力。     

玻璃纤维锚杆在基坑支护中的应力分布规律

为深入研究玻璃纤维锚杆(GFRP锚杆)代替传统钢筋锚杆作为支护结构应用于基坑工程的可行性,本文通过现场拉拔试验探究了GFRP锚杆应力沿杆体的分布规律,通过有限元分析研究了不同参数的影响规律,并为提高GFRP锚杆在基坑工程应用的可行性,进一步探讨了常见锚具失效的机理,开发设计了新型锚杆锚具。结果表明：GFRP锚杆在拉拔过程中,轴力沿锚杆杆体呈指数型衰减,最后趋近于零,存在一个临界锚固深度,大部分轴力作用范围为0~4m左右;剪应力分布具有峰值点,大致位于离端口0.5m处,最大剪应力峰值为2.27MPa,剪应力发挥的主要区间在0.5m~3.5m范围内;轴力分布范围扩大的速率远小于拉拔荷载增加的速率,当荷载增加到极限荷载的50%时,应力分布范围趋近于最大传递距离;上覆压力变化对锚杆轴力传递范围没有明显影响;当粘聚力和内摩擦角增加到一定值时,对锚杆轴力影响开始下降;新型GFRP锚具能有助于GFRP锚杆发挥出其强抗拉特性,具有良好的工程应用价值。