声波在不同长度锚杆锚固体中传播规律研究.pdfVIP

第 42卷 第3期 人 民 长 江 VO1．42．NO．3 2011年 2月 Yangtze River Feb．． 2011 文章编号 ：1001—4179(2011)03—0095—04 声波在不同长度锚杆锚固体中传播规律研究 尹 健 民，秦 强，肖 国 强 (长江科学院 岩土力学与工程水利部重点实验室，湖北 武汉 430010) 摘要 ：为 了研究锚杆锚 固质量声波反射法检测 中的声波传播规律 ，制作 了不 同长度的锚杆实验模型，同时建立 了与之对应 的三维有 限元数值模型 ，对锚 固体 中的动力响应 问题进行 了研 究。实验检测结果与数值模拟结果 都表明，随着锚杆长度的增加 ，响应波形趋于规则，底端反射波幅值逐渐减小，锚 固体系 中的固结波速也随之 减小 ，反射波的能量衰减随之增大。通过对实验检测结果与数值模拟结果进行对 比分析 ，得 出了响应波形 曲 线随锚杆长度的变化规律 ，并获得 了锚杆 固结波速及反射波 能量衰减与锚杆长度的关系。 关 键 词 ：锚杆 ；质量检测 ；声波反射法；实验模拟 ；数值模拟 中图法分类号 ：TV554．12 文献标 志码 ：A 随着锚杆锚固技术在 隧道工程 、边坡工程 中的广 法检测中锚固体的动力 响应 问题进行 了研究 ，得出了 泛应用 ，锚杆锚固质量 问题越来越受到重视。但 由于 测试波形 曲线随锚杆长度 的变化规律 ，即锚杆 固结波 施工技术 、复杂地质条件 、材料质量等诸 多 因素的影 速及反射波能量衰减与锚杆长度的关系。 响 ，锚杆锚固质量的检测 问题一直没有得到满意 的解 l 声波反射法基本原理 决。传统 的拉拔试验可 以测量锚杆的抗拔力 ，但该方 法不仅是一种昂贵 、费时的破坏性检测方法 ，而且只能 声波反射法检测锚 固质量的基本方法是 ：通过手 判断锚 固力是否达到设计要求 ，并不能检测锚杆长度 锤或特定的激振器在锚杆顶部施加脉 冲激振荷载 ，继 和评价锚固质量 的好坏 ¨ 。 目前 ，与桩基检测 的低 而在杆体中产生音频应力 波并沿锚杆轴 向传播 ，当应 应变动测法相类似的弹性波锚杆无损检测技术正逐渐 力波遇到锚杆本身或锚固介质及 围岩发生断裂 、离析、 应用于锚 固质量 的检测 中，其具有快速 、经济等优 扩张、裂隙、紧固等波阻抗发生 明显变化的界面时，就 点 。其 中，声波反射法是 目前国内使用 比较广泛 的 会产生反射波，经置于锚杆顶部附近的传感器接收和 弹性波锚杆无损检测方法 ，已被推荐为规范方法 。 处理 ，可识别来 自不同部位 的反射信息 ，通过对反射波 声波反射法检测过程 中，只有获得底端反射信号 ，才能 频率 、幅值 、固结波速等参数分析 ，即可评价锚杆锚 固 对锚杆的锚固质量进行评价 。但是 ，当锚杆达到一定 质量 。 长度时 ，检测中很难得到清晰的锚杆底端反射波信号 。 该方法求解过程为，给定扰动源信息及边界 、初始 如何获得清晰的底端反射信号 ，仍是亟需研究的关键 条件 ，建立描述介质运动的支配方程 ，并 由此求解其动 问题。为此，声波反射法锚杆质量检测的相关规范要 力响应 ，通过对锚杆顶部加速度响应 曲线进行分析 ，按 求 ：锚杆声波检测实验之前应进行锚杆模型实验 ， 照式 (1)、(2)计算 出锚杆长度及缺 陷位置 ，判断锚 固 研究锚杆锚 固体 中的声波传播规律。 质量 。 。 本文通过实验与数值模拟两种方法 ，对声波反射 L = Vc t／2 (1) 收稿 日期 ：2011—02