模擬工程實(shí)際條件中用超聲導(dǎo)波估算錨桿錨固質(zhì)量研究

1、模擬工程實(shí)際條件中用超聲導(dǎo)波估算錨桿錨固質(zhì)量研究摘要：在用超聲導(dǎo)波檢測(cè)錨桿錨固質(zhì)量以有研究的 基礎(chǔ)上，對(duì)不同性質(zhì)不同構(gòu)造的工程實(shí)際工程體中超聲波的 傳播速度，分別用兩個(gè)傳感器探頭檢測(cè)錨桿錨固質(zhì)量時(shí)傳感 器在毛固體表面的安裝位置，以及工程實(shí)際中錨桿的錨固質(zhì) 量檢測(cè)等問(wèn)題進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞：工程實(shí)際；超聲導(dǎo)波；未錨固端；錨固質(zhì)量研 究引言錨桿支護(hù)是一種可靠而且穩(wěn)定的支護(hù)方法，在采礦工程 和巖土工程中被廣泛的應(yīng)用。所以其支護(hù)質(zhì)量在工程應(yīng)用中 顯的優(yōu)為重要。因此如何在現(xiàn)場(chǎng)條件下檢測(cè)錨桿的支護(hù)質(zhì)量 也就成為了研究的重點(diǎn)。普通的檢測(cè)方法通常有損壞，耗時(shí) 而且費(fèi)用高。超聲導(dǎo)波檢測(cè)作為一種新的無(wú)損檢測(cè)錨桿錨固

2、 質(zhì)量的方法，在過(guò)去吸引了很多研究者，其中所檢測(cè)的頻率 參數(shù)，群速度和導(dǎo)波的衰減情況最受關(guān)注。1. 試驗(yàn)安排1. 1試驗(yàn)試件錨桿采用直徑20mm的螺紋鋼筋，所用的圍巖體（巖石） 和水泥的材料特性見(jiàn)表1,本實(shí)驗(yàn)要研究不同性質(zhì)不同構(gòu)造 的圍巖體中用這樣的儀器連接是否還可以檢測(cè)錨桿的錨固 質(zhì)量。試件的制作：把鋼筋打入不同性質(zhì)不同構(gòu)造的巖石中 用水泥澆注而成，同時(shí)也對(duì)所用的巖石和水泥特性的進(jìn)行了 對(duì)比實(shí)驗(yàn)。之前（cui2005）的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接收傳感器安裝在錨 固體表面時(shí)只有在一個(gè)很窄的頻率段內(nèi)才能接收到清晰有 效的信號(hào)，這個(gè)頻率范圍與試件的物理特性和參數(shù)有關(guān)。本 研究在工程實(shí)際錨固錨桿中，當(dāng)接收傳感

3、器安裝在錨固體表 面時(shí)，采用上面的修正位置仍然可以得到清晰有效的信號(hào)， 而且同樣頻率范圍也比較窄，在33khz-36khz之間。特定頻 率的導(dǎo)波被輸入到鋼筋的輸入端，沿著鋼筋傳播的信號(hào)被接 收用于研究。1. 2試驗(yàn)方法在輸入端也就是圖1中的a點(diǎn)通過(guò)r3激發(fā)頻率在 28khz-36khz的信號(hào)，這個(gè)激發(fā)波信號(hào)與之前在鋼筋測(cè)試中 的相同，反射信號(hào)由安裝在距離鋼筋中心軸29.5mm （即圖1 中的c點(diǎn)）的接收傳感器r6接收，中間還要通過(guò)放大器這 樣確保接收到的信號(hào)更加清晰。通過(guò)發(fā)射接收信號(hào)，根據(jù)測(cè) 得的超聲波在巖石錨固錨桿中傳播的時(shí)間，因?yàn)殄^桿的長(zhǎng)度 事先已測(cè)得，就可以計(jì)算出超聲波在巖石錨固圍巖體錨

4、桿中 的傳播速度；通過(guò)振幅的衰減就可以用估算出的錨桿錨固長(zhǎng) 度來(lái)評(píng)估錨桿的錨固質(zhì)量。2. 結(jié)果分析2.1傳感器安裝位置分析實(shí)驗(yàn)表明在本實(shí)驗(yàn)即圍巖體（本實(shí)驗(yàn)中為巖石）錨固錨 桿條件下，通過(guò)awg發(fā)射信號(hào)，在錨固體表面仍然可以接收 到清晰有效的信號(hào)，而且接收到清晰有效信號(hào)的頻率控制在 33khz-36khz之間，這就說(shuō)明該方法可用于工程實(shí)際的檢測(cè)。 當(dāng)然這只是表明在錨固體是巖石時(shí)接收傳感器的位置是距 錨桿鋼筋中心軸29. 5mm的位置，能接收到清晰有效信號(hào)的 頻率是33khz-36khz之間，當(dāng)圍巖體不是巖石而是別的性質(zhì) 的圍巖體時(shí)，這個(gè)結(jié)果還適用，還需要進(jìn)一步的研究。2. 2振幅衰減的分析在本研

5、究中，首先對(duì)兩個(gè)不同錨固長(zhǎng)度的巖石錨固錨桿 （試件1和4）進(jìn)行測(cè)試，這兩個(gè)錨桿錨固在巖石中，由此 就可以得到兩個(gè)有不同錨固長(zhǎng)度的振幅比。在公式2中包 括了邊界條件修正系數(shù)kb和位置修正系數(shù).而且zouandcui （2011）研究證明兩個(gè)系數(shù)對(duì)于不同的錨固長(zhǎng)度都是連續(xù) 的。又因?yàn)樵诖搜芯恐袑?duì)于所有試件，錨桿半徑和測(cè)量位置 都是一樣的，所以對(duì)于特定的頻率來(lái)說(shuō)這兩個(gè)參數(shù)可以合為 一個(gè)即：根據(jù)已知的錨固長(zhǎng)度根據(jù)下面公式3就可以計(jì)算 出衰減系數(shù)，和修正系數(shù)，用計(jì)算得到的和k,根據(jù)從其它錨桿中測(cè)得的振幅衰減 比r,其它錨桿的錨固長(zhǎng)度就可以由計(jì)算得到。當(dāng)然，如果 設(shè)計(jì)的錨固長(zhǎng)度已知的話，振幅比也可以計(jì)算得

6、到。如果實(shí) 驗(yàn)測(cè)得的振幅比比預(yù)計(jì)的高，說(shuō)明錨固長(zhǎng)度沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中，分別采用兩個(gè)探頭發(fā)射和接收信號(hào)，而 且接收信號(hào)的探頭的安裝的位置是通過(guò)修正以后得到的，及 通過(guò)一系列等效的代替和修正，雖然波不是在那個(gè)位置接受 的，但是在那個(gè)位置計(jì)算的波跟實(shí)際接收位置的波的信號(hào)衰 減是完全一樣的，真是這樣可以用等效代替的辦法對(duì)接收道 德信號(hào)進(jìn)行分析，從而得出有有效的結(jié)果，便于工程實(shí)際分 析應(yīng)用。除此以外，本文僅僅是對(duì)錨固進(jìn)入巖石中，并且對(duì) 錨桿進(jìn)行水泥錨固的這樣的實(shí)驗(yàn)體進(jìn)行試驗(yàn)得出的結(jié)果，在 誤差允許的范圍內(nèi)還是可以用于工程實(shí)際研究的。但是在工 程實(shí)際中錨固體的性質(zhì)千差萬(wàn)別，而且用于錨固錨桿的也不

7、一定是水泥，而且隨著錨固圍巖體性質(zhì)及結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化， 在等效代替和修正時(shí)也不一樣，因此需要對(duì)各類不同性質(zhì)結(jié) 構(gòu)構(gòu)造的錨固圍巖體都進(jìn)行分析，在系統(tǒng)總結(jié)推理的基礎(chǔ) 上，得出更符合實(shí)際情況而且普遍適用的方法。2. 3分析及討論超聲波在錨固圍巖體中的傳播速度本實(shí)驗(yàn)對(duì)錨固圍巖體中導(dǎo)波沿錨桿中心軸的傳播速度 也進(jìn)行了測(cè)量。估算結(jié)果是在2430-2690 m/s之間，對(duì)于一 定的頻率三個(gè)試件中的波速都非常相近，由此可以得出傳播 時(shí)間可以準(zhǔn)確的用于計(jì)算錨固長(zhǎng)度。3. 結(jié)論1）錨固圍巖體中的錨桿對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)時(shí)可以用兩個(gè)傳 感器安裝在錨桿的一端進(jìn)行檢測(cè)，而且對(duì)于不同性質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu) 造的錨固圍巖體錨桿都可以，這樣不僅能

8、得到有效的信號(hào)， 便于分析研究，而且可以減少現(xiàn)場(chǎng)的工作量，大大提高工程 進(jìn)度和質(zhì)量。2）用修正后的方法通過(guò)估算錨固圍巖體錨桿錨固長(zhǎng)度 來(lái)評(píng)估錨桿的錨固質(zhì)量可以用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，而且對(duì)于不同性 質(zhì)不同構(gòu)造的錨固圍巖體用這種方法檢測(cè)都可以接收到清 晰有效的信號(hào)。與混凝土錨固錨桿相以及其他性質(zhì)的錨固圍 巖體錨桿比較，超聲導(dǎo)波在其中傳播的波速不一樣，相應(yīng)的 參數(shù)不一樣，但是都與設(shè)計(jì)值吻合的很好。3）通過(guò)對(duì)不同性質(zhì)的錨固圍巖體及不同構(gòu)造的錨固圍 巖體中超聲導(dǎo)播傳播的速度的研究證明，把發(fā)射和接收信號(hào) 的兩個(gè)傳感器分別放在鋼筋端和錨固端都可以接收到有效 清晰的信號(hào)，可以為進(jìn)一步研究工程實(shí)際中不同圍巖體錨桿 的錨固質(zhì)量檢測(cè)開(kāi)創(chuàng)了新的思路。研究結(jié)果表明通過(guò)在未錨固端一個(gè)探頭發(fā)射信號(hào)，另一 個(gè)探頭接收到的導(dǎo)波的衰減信號(hào)可以判斷超聲導(dǎo)波在工程 實(shí)際中的傳播速度。同時(shí)研究結(jié)果也得出，通過(guò)超聲導(dǎo)波在 錨固體中的衰減和群速度的變化，也可以測(cè)量出錨固體中鋼 筋的長(zhǎng)度。參考文獻(xiàn)1 張昌鎖，李義，錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)中的激發(fā)波 研究,2006, 25 (6)： 1240-12452 許明，張永興，錨固系統(tǒng)質(zhì)量檢測(cè)的小波分析，巖 土力學(xué)，2003, 24 (2)： 262-2653 cui y. and zou d. h. numerical simulatio