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      边坡隧道、锚杆，锚索的质量检测的测试原理

      发布于：2014-11-21 16:35:21 来自：道路桥梁/道路工程 [复制转发]
      本帖最后由 nbshengtuo 于 2014-11-21 16:37 编辑

      边坡隧道、锚杆，锚索的质量检测的测试原理介绍
      1.锚杆长度测试原理
      在锚杆中间的某处的灌浆出现根据不密实现象时，相当于出现材料的不连续性。这种不连续性可以用机械阻抗来表示。（一般用 z 来表示材料的机械阻抗， QQ截图20141121161518.png，这里的 A 是断面截面积））发生变化的边界面上，传播的弹性波会产生波的反射和透过。
      1) 基本理论基础：两种不同媒介垂直入射
      这是最简单的一种情况，例如在锚杆的底部，锚杆与周围岩体之间就存在较大的阻抗差。此时，激振产生的弹性波的反射可以分析如下：

      QQ截图20141121161627.png
      这里， QQ截图20141121161743.png表示单元1的粒子的运动速度（入射和反射）， QQ截图20141121161750.png表示单元2的粒子的运动速度。在界面上产生弹性波的反射以及通过，可以表示如下：
      反射波： QQ截图20141121161804.png　　　　　　　　　　　　　 　　 (1)
      透过波： QQ截图20141121161810.png 　　　　　 　　　　　　 　 (2)
      此外，反射波和透过波的大小用振幅率来表示。
      振幅反射率：　 QQ截图20141121161816.png　　　　　　　 　　　　　 　 (3)
      振幅透过率：　 QQ截图20141121161823.png　　　　　　　　　　　　　　 　(4)
      弹性波的反射和透过具有如下性质。
      (1)媒介的机械阻抗相同（ QQ截图20141121162021.png），那么就算材料不同，也不会产生波动；
      (2)两种媒介的机械阻抗相差越大，反射率也越大。对于锚杆检测而言，锚杆的先端是软弱土层时，其反射信号则要比先端是坚硬岩石时更为明显；
      (3)在机械阻抗减少（ QQ截图20141121162028.png）时，反射波和入射波符号相同（相位相同）。当锚杆的先端是土层和松散岩体、混凝土时，其反射信号与激振信号同向，而在先端是坚硬岩石，其反射信号有可能与入射信号反向。

      QQ截图20141121162038.png
      2.基于反射特性的灌浆密实度测试方法
      为了在提高测试精度的同时兼顾测试效率，因此我们采用了基于冲击弹性波的两种方法进行测试。具体请参考表1。

      QQ截图20141121162045.png QQ截图20141121162105.png

      表1锚杆灌浆密实度测试项目一览表




      测试方案
      方案简介
      备注
      基于反射特性
      在锚杆露出端上激振与受信，根据反射信号的位置和强度来测试灌浆密实度
      理论上可测试整个锚杆的灌浆密实度，并能够进行缺陷定位
      基于振动衰减特性
      在锚杆露出端上激振与受信，根据残留振动的衰减特性来测试灌浆密实度
      可测试露出端部附近的灌浆密实度
      QQ截图20141121162112.png
      锚杆灌浆质量无损检测示意图
      QQ截图20141121162121.png
      基于反射特性的原理
      2) 基本理论基础：中间有不同夹层的情况
      当一种材料中夹有另一种材料，例如在锚杆中有局部灌浆不密实的场合，在媒介1 QQ截图20141121162340.png和媒介2 QQ截图20141121162346.png的两个交界处均会产生的透过和反射，如下式所示。
      当入射波是调谐波时，
      QQ截图20141121162354.png　 　　 (5)
      其中，T　：振幅的透过率（绝对值）
      QQ截图20141121162408.png：媒介-2中的波数
      L　：媒介-2的长度
      QQ截图20141121162415.png
      介入不同的媒介时弹性波的反射
      同样，可以得到振幅反射率的绝对值R：
      QQ截图20141121162423.png　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (6)
      因此，在有不同媒介介入的场合下，
      (1)反射（通过）率与频率相关，通常高频波容易反射。
      (2)在特定的频率下,即
      QQ截图20141121162428.png
      也就是
      QQ截图20141121162434.png （7）
      时反射波消失。
      通常，锚杆的P波波速约为5.1～5.2km/s，若激振信号的频率为5KH时，对长度为0.5、1、1.5米┅左右的灌浆缺陷就会难以检测。
      3) 基本理论基础：反射能量
      如前所述，根据杆底反射信号的强弱也可以判断锚杆灌浆质量的好坏。而杆底反射信号的强弱可以用下式表示：
      QQ截图20141121162443.png （8）
      QQ截图20141121162501.png
      其中，几何衰减和反射衰减是最主要的能量衰减。
      (1) 几何衰减（又叫扩散衰减）：激发的弹性波伴随传播距离的增加，前锋波面增大，单位面积的能量减小。在灌浆密实的锚杆中，弹性波沿着锚杆与灌浆料的接触面向四周逸散，因此其振幅与传播距离接近反比关系。另一方面，如果灌浆质量不好，弹性波无法从空腔部分向四周逸散，因此衰减较小；
      (2) 反射衰减：如前所述，杆底的反射与其前端的岩体的力学特性，以及与岩体的粘结程度有很大的关系。当然，岩体约坚硬， QQ截图20141121162925.png越小。
      3.基于振动衰减特性的灌浆密实度测试方法
      在锚杆顶端激振后，会在锚杆上诱发振动。根据振动的特性，也可以推断锚杆（特别是锚头附件）的灌浆质量。
      将锚杆有关的振动部分简化成一个振动系统后，其力学模型如下图所示。在锚杆顶部作用一个冲击力F后，系统将产生自由衰减振动（即残留振动）。
      QQ截图20141121162804.png

      当冲击时间较短时，可以把冲击力简化为一脉冲信号，其冲击力随时间的积分可以表示为：
      QQ截图20141121162821.png
      其中， QQ截图20141121162833.png为德尔塔函数，具有以下性质：
      QQ截图20141121162838.png （10）
      在该脉冲信号的冲击下，振动系统的响应（即为自由振动或残留振动）可以表示为：
      QQ截图20141121162843.png （11）
      其中：w为角频率， QQ截图20141121162851.png；
      K为反映系统刚性的弹簧系数；
      h为衰减比， QQ截图20141121162859.png；
      c为阻尼系数；
      可以看出，衰减比h直接影响到振动衰减的快慢。当灌浆质量好时，振动能量衰减小，振动时间变长。


      QQ截图20141121161518.png


      QQ截图20141121161627.png


      QQ截图20141121161743.png


      QQ截图20141121161750.png


      QQ截图20141121161804.png


      QQ截图20141121161810.png


      QQ截图20141121161816.png


      QQ截图20141121161823.png


      QQ截图20141121162021.png


      QQ截图20141121162028.png


      QQ截图20141121162038.png


      QQ截图20141121162045.png


      QQ截图20141121162105.png


      QQ截图20141121162112.png


      QQ截图20141121162121.png


      QQ截图20141121162340.png


      QQ截图20141121162346.png


      QQ截图20141121162354.png


      QQ截图20141121162408.png


      QQ截图20141121162415.png


      QQ截图20141121162423.png


      QQ截图20141121162428.png


      QQ截图20141121162434.png


      QQ截图20141121162443.png


      QQ截图20141121162501.png


      QQ截图20141121162925.png


      QQ截图20141121162804.png


      QQ截图20141121162821.png


      QQ截图20141121162833.png


      QQ截图20141121162838.png


      QQ截图20141121162843.png


      QQ截图20141121162851.png


      QQ截图20141121162859.png

      锚杆 隧道 边坡
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      • 机器猫3号
        机器猫3号 沙发
        好资料，谢谢楼主分享，下下来学习了。
        2016-10-17 09:22:17

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      • 桥隧不分家
        桥隧不分家 板凳
        楼主 能发个文档给我么
        2016-08-29 10:23:29

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      qq_1410486804763
      这个家伙什么也没有留下。。。

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