不同圍巖中錨桿錨固系統(tǒng)的低應(yīng)變動(dòng)力響應(yīng)分析.pdf

1、錨固技術(shù)已在鐵路、公路、礦山及水工隧道中得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于巖土工程中眾多錨桿,其錨固質(zhì)量如何、錨桿的長(zhǎng)度是否與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度一致、其砂漿是否飽滿,即錨桿是否起到了預(yù)期的作用等,這些問(wèn)題對(duì)于巖土加固工程來(lái)說(shuō)顯得十分重要。然而,由于現(xiàn)場(chǎng)施工工藝及作業(yè)環(huán)境等諸多因素的影響,因錨桿錨固質(zhì)量問(wèn)題引起的圍巖大面積失控現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此,對(duì)錨固工程的損傷識(shí)別、質(zhì)量診斷以及實(shí)時(shí)檢測(cè)和補(bǔ)強(qiáng)等問(wèn)題,一直是巖土工程界廣泛關(guān)注和迫切解決的問(wèn)題。但由于多方面的原因,我

2、國(guó)錨桿錨固質(zhì)量及受力狀態(tài)的檢測(cè)仍然停留在利用液壓千斤頂進(jìn)行破壞性拉拔試驗(yàn)階段。這種檢測(cè)手段既費(fèi)工又費(fèi)錢,更重要的是這種檢測(cè)手段對(duì)經(jīng)錨桿加固的巖土體產(chǎn)生較強(qiáng)的擾動(dòng),降低了錨桿的加固作用,僅限于個(gè)別抽查。因此,對(duì)錨桿錨固系統(tǒng)的無(wú)損探傷研究是巖土工程界急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　 本文在理論分析的基礎(chǔ)上,采用室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的手段,研究了不同圍巖中具有不同錨固狀態(tài)的錨桿錨固系統(tǒng)中的低應(yīng)變動(dòng)力響應(yīng)特性。而錨桿錨固質(zhì)量的

3、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要借助樁基的動(dòng)測(cè)法,使得部分研究和工程技術(shù)人員易將二者的檢測(cè)混淆,這樣就可能造成實(shí)際工程檢測(cè)中的誤判。為此,本文還進(jìn)行了二者的比較研究。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)在不同齡期下,進(jìn)行了不同圍巖下不同錨固介質(zhì)中完整及缺陷錨桿的加速度信號(hào)特征分析。分析結(jié)果表明,完整錨桿的固端反射信號(hào)非常強(qiáng)烈,但由于固端反射和應(yīng)力波衰減的影響使得底端反射信號(hào)很弱,這也是錨桿錨固系統(tǒng)中應(yīng)力波速的難準(zhǔn)確確定的主要原因;缺陷錨桿

4、的固端反射信號(hào)比較強(qiáng)烈,但由于同樣原因底端和缺陷反射信號(hào)微弱。
　　 (2)錨桿錨固系統(tǒng)中的應(yīng)力波傳播速度是進(jìn)行錨固質(zhì)量判斷的最基本參數(shù),通過(guò)理論分析得出該波速介于錨固介質(zhì)中應(yīng)力波速和自由錨桿中應(yīng)力波速之間,通過(guò)不同圍巖及錨固介質(zhì)下完整錨桿在不同齡期下的實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了理論結(jié)果,得出了該波速在初期隨錨固介質(zhì)強(qiáng)度和齡期的增加呈明顯的下降趨勢(shì)而后期平緩增加,得出該波速與錨固質(zhì)量呈基本呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,得出該波速與錨固介質(zhì)中的波速呈對(duì)稱指

5、數(shù)關(guān)系。為錨桿錨固系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)提供了依據(jù),為錨桿錨固系統(tǒng)中應(yīng)力波速的確定提供了新途徑。
　　 (3)基于低應(yīng)變應(yīng)力波反射法,對(duì)錨桿錨固系統(tǒng)及樁基中的應(yīng)力波速進(jìn)行對(duì)比分析,以區(qū)別二者檢測(cè)技術(shù)的差別。樁基中應(yīng)力波速的理論計(jì)算表明,由于三維效應(yīng)的影響,在樁基中的應(yīng)力波速應(yīng)大于錨固介質(zhì)中的波速,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了這一結(jié)論,而且二者隨齡期和強(qiáng)度的增加而增加,二者與錨桿錨固系統(tǒng)中的應(yīng)力波速隨齡期和錨固介質(zhì)強(qiáng)度的增加呈對(duì)稱指數(shù)關(guān)系?；谒猛暾?/p>

6、錨桿與基樁中的應(yīng)力波速,對(duì)缺陷錨桿與基樁進(jìn)行了質(zhì)量判別,分析結(jié)果表明構(gòu)件的質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了所得應(yīng)力波速的準(zhǔn)確性。
　　 (4)根據(jù)完整錨桿錨固系統(tǒng)中所得的應(yīng)力波速,對(duì)三類圍巖下不同錨固介質(zhì)中具有不同缺陷和密實(shí)度的錨桿錨固質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)判。結(jié)果表明,判別結(jié)果與實(shí)際設(shè)計(jì)吻合較好,同時(shí)也驗(yàn)證了所求錨桿錨固系統(tǒng)中應(yīng)力波速的準(zhǔn)確性。
　　 (5)錨桿檢測(cè)過(guò)程中檢測(cè)到的信號(hào)都是離散的,無(wú)法用準(zhǔn)確的解析式來(lái)表達(dá)

7、。若分析處理這些信號(hào),必須弄清這些信號(hào)的頻譜分布規(guī)律。本文首先采用最常用的頻譜分析方法即快速傅立葉變換(FFT)對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明,信號(hào)的FFT分析只能在整體上分析錨桿動(dòng)測(cè)信號(hào)所包含的各頻率成分,完整和缺陷錨桿的頻域曲線是不同的,缺陷錨桿的FFT幅值曲線存在明顯的多峰現(xiàn)象,頻帶上能量分散。信號(hào)的FFT分析不具備時(shí)域信息,即不知道頻域中的某一頻率是在什么時(shí)候發(fā)生的。
　　 (6)本文采用短時(shí)傅立葉變換(STFT)對(duì)信