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。     

基于特征锚杆工作载荷动态检测的巷道围岩稳定性评价

基于锚杆支护作用原理和锚杆工作载荷的动态无损测试技术，通过大型相似模拟实验，论述了锚杆工作载荷和围岩表面位移的相关关系，得出围岩变形破坏的各个阶段和锚杆工作载荷变化的对应关系，从而达到通过锚杆工作载荷的无损检测来实时评估巷道的稳定性。     

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。     

锚杆长度无损检测的影响因素分析

用于锚杆长度检测的主要方法为声波反射法,而该方法测试精度会受到一些外在因素的影响。通过模拟某工程隧道锚杆设计方案,设置不同长度锚杆,采用弹性波无损检测方法,分析锚杆无损检测中的影响因素。结果表明,在锚杆无损检测中,对于锚杆底端反射波的准确识别和有效判定以及激振频率的合理选取及合适的传感器与锚杆杆体间的耦合方式对测试精度有着直接的影响。     

基于载荷传递机理的注浆岩石锚杆锚固模型(Ⅰ)

为了进一步研究隧洞等地下工程中锚杆支护锚固机理,根据微段锚杆的受力平衡以及载荷传递机理建立了锚杆的载荷传递微分方程,同时根据隧道围岩安装锚杆前后的应变变形建立了锚杆的轴向载荷的传递方程,结合圆形隧洞围岩的径向变形方程,推导了理想弹塑性围岩中注浆岩石锚杆的轴向应力的计算模型,以及锚固段与围岩体界面之间的摩阻力的计算模型.通过对比工程实测结果与模型计算结果,验证了所建立的模型的正确性,同时也验证了巷道锚杆支护中性点理论的合理性与正确性.     

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。     

中空锚杆无损检测方法的研究及应用

在隧道工程、地下工程、边坡等支护工程中,锚索、锚杆得到大量应用。锚杆在实际应用中,砂浆锚杆和中空锚杆占很大比例,中空锚杆与砂浆锚杆相比,中空锚杆具有较好的锚固性能,但在长度不足的情况下,抗拉强度反而不及砂浆锚杆,因此准确测试中空锚杆的长度,能够避免潜在隐患。目前,能对中空锚杆长度进行有效检测的手段很少。在基于冲击弹性波的声波反射法测试砂浆锚杆方法的基础上,结合模拟试验,对不同长度的中空锚杆进行试验研究,并将该方法应用在实际的工程中,通过实际应用,该方法能够有效的对中空锚杆长度进行测试,在一定程度上能够反映中空锚杆的锚固质量。     

锚杆锚固质量的高频导波检测方法

砂浆锚杆支护是地下工程中应用最为广泛的支护方法,但仍缺乏有效的锚杆锚固质量无损检测方法。根据地下工程中砂浆锚固锚杆的实际使用情况,制作了不同类型的锚杆实验模型。建立了适合现场使用的单传感器测试系统,并利用该系统研究了高频导波在不同试件中的衰减特性。研究结果表明:可以用两次反射的波幅比R及由此导出的衰减系数β定量确定锚杆锚固质量;波幅比R可以定量确定相同长度锚杆的锚固质量,衰减系数β可以定量确定不同长度锚杆的锚固质量;衰减系数β符合线性叠加规律,整体衰减系数等于各部分衰减系数的长度加权和。     

应变式测力锚杆设计及在煤矿巷道中的应用

锚杆支护在矿山锚固工程中占有着重要的地位,为了解锚杆在施工过程中的受力状态,需对锚杆的应力进行监测。本文详细介绍了应变测力锚杆的结构设计,矿用数字锚杆监测仪设计原理及其应用,并将该测力系统应用于某煤矿,用其所测试的数据对锚杆的工作状态以及围岩安全状况进行分析,结果实时,可靠。该系统为煤矿实现信息化作业提供了一种可靠的手段,也为锚杆的优化设计和应用提供了科学依据。     

技术市场

MJ-1型锚杆检测仪 该仪器是国家“八五”重点攻关研究成果,适用于煤炭、冶金、有色、化工、建材、铁道、交通、水电、军工等行业和系统的各种锚固材料锚固状态和锚固力的检测及隧道支护、边坡锚固基坑维护、地下洞室锚固工程中锚杆的检测。仪器中自激自收传感器和全方位一体化千斤顶具有新颖性和独创性,在锚杆锚固测试技术上具有国际先进水平。     

地下厂房锚杆支护的反向传播神经网络智能化设计模型

水电站地下厂房的支护设计一般采用工程类比法,而西南地区高地应力、大跨度地下洞室的修建难度往往超出以往的工程,难以完全适应。亟待建立考虑复杂地质条件影响的围岩支护定量设计理论和方法。在29个跨度为18.0～34.0 m,强度应力比为2.00～80.8的地下厂房支护参数的基础上,采用反向传播(back propagration, BP)神经网络方法,训练出了地下厂房系统锚杆支护的智能化设计模型。该模型通过输入洞室跨度值和强度应力比对系统锚杆直径、间排距进行优化设计。采用对神经网络权重分析的方法探讨了洞室跨度和强度应力比对系统锚杆支护方案选择的影响程度。研究结果表明:基于BP神经网络的水电站地下厂房系统锚杆支护的智能化设计模型具有良好适用性和可靠性;在仅考虑强度应力比和洞室跨度的情况下,水电站地下厂房系统锚杆的支护设计应该优先考虑强度应力比的大小。     

弹性波技术在煤巷锚杆支护检测中的应用

根据弹性波法的检测原理及特点，提出利用弹性波技术进行锚杆支护监测。该方法的原理：当锚杆头受到瞬态力激振后，引锚杆头质点振动，并以应力波的形状向锚杆底部传播。在锚杆、混凝土砂浆和围岩所组成的体系中，在锚杆端部发射一定频率的震动作为波源。具有监测周期短，费用低，并可实现三维空间连续、动态监测等特点。     

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.     

预应力桥梁波纹管注浆质量检测方法探讨

本文首先介绍了预应力桥梁波纹管注浆质量对桥梁结构的影响,并引入弹性波反射法对波纹管注浆质量的无损检测方法。结合陕西西安至宝鸡高速公路工程实例,测试了高速公路预应力桥梁20m箱梁波纹管注浆质量。根据测试结果,进行开孔验证。通过验证,表明弹性波反射法检测波纹管注浆质量的准确性和有效性。值得在桥梁、边坡、大坝等重要结构物的波纹管、锚索和锚杆注浆质量检测中推广和运用。     

考虑预应力作用的土钉复合锚杆支护结构的稳定性分析

基于边坡圆弧滑动破坏,根据极限平衡理论和条分法,建立附加应力作用下边坡的稳定性分析模型.将锚杆预应力作为集中力考虑,估算预应力在支护边坡土体中引起的附加应力,从而将锚杆预应力的作用转化为了附加应力的作用.将土钉复合锚杆支护结构中锚杆和土钉的作用划分开来,在稳定性分析和计算中忽略锚杆附近一定范围内的土钉,作为安全储备;该范围以外土钉的作用在计算中予以考虑.该范围内的土体是受到预应力作用的土体,从而结合已有的土钉墙的稳定性分析方法和本文考虑预应力作用的锚杆支护边坡的稳定性分析方法,建立土钉复合锚杆支护边坡的稳定性分析模型,给出土钉复合锚杆支护边坡的安全系数计算公式.该方法同时考虑了锚杆的预应力作用和未受影响的土钉的作用,使得在土钉复合锚杆支护边坡的稳定性分析中能够给出定量结果.     

枫香矿区回采巷道锚杆支护设计FLAC~(3D)模拟分析

目前,贵州省正在大力推进小型煤矿机械化开采进程,为保证其顺利实施,基于煤巷锚杆支护技术的优越性,对枫香矿区回采巷道锚杆支护技术进行了研究。为了确保在工程实践之前回采巷道锚杆支护设计的可靠性,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对其进行了模拟分析,得出回采巷道围岩变形量最大为38.779 mm,所受最大应力为11.616 MPa,支护效果较好,表明设计确定的回采巷道锚杆支护形式及参数是合理的,可进行下一步工程实践。     

基于相关函数的锚杆智能检测方法

针对锚杆锚固工程中须对锚杆进行无损检测的工程检测要求,提出一种主要基于相关函数的锚杆智能检测方法.首先对采集到的反射信号进行滤波,然后使用近邻聚类算法自动筛选出最优信号以代替传统的人工挑选方式,再将最优信号输入至广义互相关、Hilbert变换算法组成的混合模型中,从而自动地定位出信号突变点并计算出锚杆长度和锚固的缺陷位置.通过实验对该方法进行验证,结果表明相比传统检测方法其对锚杆长度和缺陷位置的检测误差明显降低且使用更方便.     

自由锚杆中超声导波的衰减特征

为了研究自由锚杆中超声导波的衰减规律,分别制作了长度为800mm、900mm、1100mm、1300mm、1500mm、1800衄、2000mm和2500mm的锚杆。采用虚拟综合测试仪、声发射放大系统、R6et直传感探头和计算机,组装了超声导波无损检测系统。利用该系统分别对制作的锚杆进行了系统的导波测试。结果表明：自由锚杆中超声导波振幅呈负指数分布;不同频率的激发导波在测试频率段内（40-100kHz）波包平均振幅的振幅比均在0．7左右,表明频率对导波衰减的影响不大;不同长度锚杆中波包平均振幅的振幅比也在0．7左右,表明锚杆长度对导波衰减的影响也不大;自由锚杆中导波的衰减,除与材料性质有关外,主要来自于设备本身的系统衰减。研究发现,导波振幅比比振幅绝对值更加稳定、可靠,可用来定量地表示导波振幅的衰减情况。     

煤矿巷道支护技术探讨

本文从砌碹支护技术、棚式支架技术、锚杆支护技术、锚喷支护技术、锚索支护技术、注浆加固技术、联合支护、应力控制技术等方面，详细探讨了工程实践应用中煤矿巷道支护技术。     

考虑支护作用影响的煤岩巷道变形非线性分析

根据非线性动力学理论,利用FLAC3D数值软件,建立三维计算模型,对锚网锚杆、U型钢支护和吸能支护条件下的煤岩巷道冲击变形规律进行数值模拟,再现深埋巷道变形破坏过程,研究不同支护作用对巷道变形动力响应的影响。数值计算结果说明,锚网锚杆(主动支护)对提高围岩体强度作用明显,但在冲击载荷作用下巷道围岩应力大,变形量也大,破坏程度严重;U型钢支护(被动支护)可有效提高巷道支护强度,冲击作用后同样表现出抵抗能力较差,巷道整体变形较大;吸能支护对于抗缓冲和吸收冲击能作用明显,表现为冲击应力大幅度降低,巷道变形量减小,整体稳定性显著提高。