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.      

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,...     

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。     

冲击载荷作用下端锚锚杆动态力学性能模拟研究

为研究端锚锚杆在冲击载荷作用下的动力响应,采用ABAQUS/Explicit软件对锚杆开展动态冲击数值模拟试验,分析不同冲击能量条件下端锚锚杆的抗冲击力学性能。研究结果表明:随着冲击能量的增大,锚杆最大冲击力和伸长率逐渐提高,锚杆全过程动力响应时间也相应增加;在冲击载荷作用下,锚杆自由端受力存在一个传递过程,即冲击瞬间靠近冲击位置的自由端杆体先受力,然后逐渐向靠近锚固端一侧传递,之后锚杆受力逐渐调整,最终趋于稳定;锚杆锚固端轴应力和剪应力分布可划分为冲击初期、中期、末期三个阶段,当冲击能量增大时,锚固端轴应力和峰值剪应力逐渐增大,锚杆更容易进入塑性屈服状态,杆体与锚固剂界面破坏也越严重。     

锚杆锚固结构中导波传播的数值模拟

用理论分析、数值模拟和实验测试的方法研究了自由锚杆和锚固锚杆中的波传播特性.研究结果显示在测试激发波的频率范围内(10～100 kHz),锚杆中传播的波是一个和边界条件相关的导波,不同频率的波在锚杆中传播的速度不同.同时分析了采用有限元模拟锚杆中传播的导波时网格密度对模拟结果精度的影响.模拟体波时一般要求在波传播方向上的N值(一个波长内的单元数)大于20,但模拟杆状结构中的导波传播时N值要大于30,并且径向(垂直波传播方向)的N要求比轴向(波传播方向)N值更大.而且模拟不同频散特性的波需要用不同的N值,也就是说对于同一频率的波,频散越大,所需要的N值亦越大.实验室对自由锚杆和锚固锚杆的测试结果与数值模拟的结果取得了很好的一致性.     

应力波波形分析及其在锚杆检测中的应用

应力波反射法也称锤击法、T.N.O法、反射波法等,是在时间域上研究分析锚杆的振动曲线,通常是通过对锚杆的瞬态激振后,研究锚杆顶速度随时间的变换曲线,从而判断锚杆长度及锚固质量,作为最简明的锚杆完整性无损检测方法,应用广泛。而波形分析是此方法的核心部分,本文介绍时域分析和频域分析两种波形分析方法。     

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     

自由锚杆中超声导波的最优激发波研究

为了选择自由锚杆中超声导波的最优激发波,利用组装的超声导波无损检测系统,用R6和R3组成不同组合的探头对1.3 m的自由锚杆进行了40～100 kHz频率导波测试,周期为1～5.结果表明,最佳探头组合是R6-R6,最优激发波周期为5,最佳测试波频率范围为40～50 kHz;再用R6-R6组合5个周期激发波在40～50 kHz频率范围进行检测,确定最优激发波频率为45 kHz.结果与理论分析基本吻合,可为锚固锚杆和缺陷检测提供依据.     

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。     

基于ABAQUS的三维锚杆单元开发

利用大型有限元软件ABAQUS所提供的用户单元子程序UEL接口,开发了一种三维锚杆单元.该单元所采用的本构模型可以模拟锚杆初锚、增阻、恒阻、降阻全过程,并考虑了锚杆的横向剪切加固效应.算例分析表明,利用此自开发单元可得出合理的锚固数值分析结果.     

全长粘结式砂浆锚杆的力学特性数值分析

目前,对岩石锚杆的锚固机理和锚固效果的研究大多是通过现场试验的数据来进行,本文在总结现有研究的基础上,采用有限元软件对岩石锚杆的作用机理进行模拟研究,分析了在拉拔荷载作用下锚固段的应力、岩体内的位移及锚杆轴力的分布特点和衰减规律.研究发现,锚固段界面上的应力、位移及锚杆轴力主要分布在锚固段顶端以下一定范围内,随锚固深度的增加逐渐衰减并趋于零.本文的数值模拟研究对岩石锚杆的支护设计和提高施工水平具有重要的意义.     

高温环境下岩体锚固机理——“胀锚拱理论”

为了研究高温环境下岩体锚固机理,通过高温采场三维温度模型ANSYS分析,提出了高温环境下注浆长锚索加固岩体的复合作用锚固理论--"膨胀抬升锚索树根筋混凝土拱理论",简称"胀锚拱理论".该理论克服了目前各种单方面锚固理论的不足,综合形象地解释了高温环境下岩体锚固机理.研究成果为深井开采、有矿石自燃发火危险的矿山开采提供科学决策的依据及有益的参考,对在高温环境下或可能遭受高温影响的边坡、隧道、硐室和采场等岩体加固工程的设计和施工有着重要的参考价值.     

基于HHT的锚杆锚固质量声波无损检测

锚杆锚固质量的无损检测工作在锚杆锚固工程中具有十分重要的地位和作用。分别应用FFT和HHT方法对锚杆信号进行了分析,分析结果表明,首先提取首波信号,然后将检测信号作HHT分解,分解后的信号与首波信号作相关,能更好地检测到反射波信号,得到较为准确的锚杆质量参数。     

全长粘结型锚杆的界面元分析

利用界面元法来研究岩体中的不连续问题是非常有效的.通过构建界面元精化模型,系统分析了拉拔作用下全长粘结型锚杆的杆侧正应力分布特征及其破坏过程、灌浆体应力特征及其破坏过程及不同锚杆直径(DB)下杆侧剪应力的分布,获得全长粘结型锚杆的工作机理.     

螺栓联接的有限元建模方法研究

对螺栓联接的有限元建模方法进行研究和评估.以螺栓-法兰联接为例,基于有限元分析软件ANSYS,建立了3种螺栓联接的有限元模型,即实体螺栓联接模型、梁单元联接模型和刚性单元联接模型.模态试验和应力分析表明,实体螺栓联接模型和梁单元联接模型具有广泛的适用性,可准确分析螺栓联接结构的静态特性和动态特性.相比实体螺栓联接模型,梁单元联接模型在保留了关键细节的同时提高了建模和计算效率.刚性单元联接模型不能模拟螺栓预紧和接触,只适用于模态分析.试验和仿真均表明,螺栓预紧力的大小对结构模态影响很小.仿真表明,螺栓联接表现出复杂的非线性特性,如应力的非线性变化、法兰之间接触状态的变化、螺栓总拉力的非线性变化等.      

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。     

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。     

利用ANSYS模拟螺栓预紧力的研究

在螺栓联接的有限元分析中准确模拟螺栓的预紧力是一项复杂而困难的工作。论述了利用有限元技术在ANSYS中模拟螺栓预紧力的预紧力单元法、降温法和渗透接触法等方法。通过对比发现预紧力单元法能较好的模拟实际预紧力，从而为有限元分析中施加预紧力栽荷提供了可靠的理论和应用依据。