一種基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，該過程為，根據(jù)一維桿波動(dòng)理論，在錨桿外露端頭置一個(gè)自激式加速度傳感器，利用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀，測(cè)得錨桿-圍巖相互作用體系在激發(fā)荷載作用下的加速度響應(yīng)，通過波形識(shí)別和參數(shù)分析，判斷錨固端與圍巖之間的支撐聯(lián)接情況，計(jì)算其加速度響應(yīng)的盒維數(shù)，并依據(jù)相應(yīng)工作環(huán)境及圍巖條件下盒維數(shù)與工作荷載的關(guān)系曲線，確定錨桿的工作荷載。本發(fā)明為基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，其測(cè)試過程簡(jiǎn)單快捷、結(jié)果穩(wěn)定可靠，對(duì)錨固體系和圍巖結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生任何有害擾動(dòng)，無破壞性。
【專利說明】一種基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及錨桿檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)各類巖土工程建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，錨桿錨固技術(shù)在邊坡穩(wěn)定工程、地下支護(hù)工程和結(jié)構(gòu)抗浮、抗震、抗傾覆等工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。作為大型錨固工程中主要的支護(hù)手段，預(yù)應(yīng)力錨桿能嵌入穩(wěn)定的巖體中，對(duì)各結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生抗剪阻滑作用，強(qiáng)化整體性，并使其自承力大大提高以達(dá)到共同承載的目的，確保錨固結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全?，F(xiàn)代錨桿作用對(duì)象往往是地質(zhì)條件不良的巖(土)體，在具體施工過程中，總有不可避免的因素成為保障過程安全的潛在威脅，為防止給過程建設(shè)帶來嚴(yán)重的不利影響，需要對(duì)錨桿錨固質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。
[0003]現(xiàn)在工程界主要的兩種手段就是:拉拔試驗(yàn)檢測(cè)法和鉆孔取芯法。液壓千斤頂拔出測(cè)試法能對(duì)一定數(shù)量錨桿的極限承載力進(jìn)行測(cè)試，這是一項(xiàng)耗時(shí)、費(fèi)力、破壞性的檢測(cè)方法，更重要的是對(duì)于錨固長(zhǎng)度較長(zhǎng)的錨桿無法用這種方法進(jìn)行檢測(cè)。鉆孔取芯法是用取芯鉆沿平行錨桿的方向把錨桿、錨固介質(zhì)以及部分巖石整體取出來，用目測(cè)的方法對(duì)錨固質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。雖然可以提供非常有用的信息，但是一個(gè)破壞性檢測(cè)手段，而且受到許多因素的制約，不能成為常規(guī)的手段。
[0004]雖然無損檢測(cè)的結(jié)果比較全面，但是很多都是基于對(duì)底端反射能準(zhǔn)確判定的基礎(chǔ)上，對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的分析也停留在半定性半定量分析的階段，均沒有給出錨固錨桿工作荷載以及錨固力的可靠測(cè)定方法。
[0005]拉拔試驗(yàn)檢測(cè)方法的局限性，目前，只能按設(shè)計(jì)的錨固力值人為控制，即拉到設(shè)計(jì)值時(shí)終止拉拔；因此小于設(shè)計(jì)錨固力的錨桿可能被破壞，大于設(shè)計(jì)值的也無法知曉其極限錨固力，而且只能少量抽檢。
[0006]鉆孔取芯法需利用專用鉆機(jī)，雖然可以提供非常有用的信息，但是一個(gè)破壞性檢測(cè)手段，而且受到許多因素的制約:取芯過程很麻煩，并且非常的昂貴；保持取芯鉆與錨桿同心很困難；有些地方的錨桿無法接近取芯；基于以上幾點(diǎn)鉆孔取芯法無法成為常規(guī)的檢測(cè)手段。
[0007]鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本創(chuàng)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，用以克服上述技術(shù)缺陷。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，該過程為:
[0010]根據(jù)一維桿波動(dòng)理論，在錨桿外露端頭置一個(gè)自激式加速度傳感器，利用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀，測(cè)得錨桿-圍巖相互作用體系在激發(fā)荷載作用下的加速度響應(yīng)，通過波形識(shí)別和參數(shù)分析，判斷錨固端與圍巖之間的支撐聯(lián)接情況，計(jì)算其加速度響應(yīng)的盒維數(shù)，并依據(jù)相應(yīng)工作環(huán)境及圍巖條件下盒維數(shù)與工作荷載的關(guān)系曲線，確定錨桿的工作荷載。
[0011]上述具體過程為:
[0012]步驟I，制作實(shí)驗(yàn)試件；
[0013]步驟2，進(jìn)行試驗(yàn)操作，施加瞬態(tài)沖擊；利用礦用拉拔實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉拔，當(dāng)錨桿端頭受到激發(fā)器施加的瞬態(tài)沖擊作用后，錨桿端頭質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，并以應(yīng)力波的形式向錨桿底部傳播，當(dāng)波傳播到變阻抗界面時(shí)發(fā)生反射和透射；
[0014]步驟3，測(cè)定設(shè)定載荷下的加速度響應(yīng)曲線:利用礦用拉拔實(shí)驗(yàn)機(jī)，設(shè)定間隔級(jí)別逐級(jí)加載，當(dāng)加載到某一荷載時(shí)，保持該荷載持續(xù)約30s,測(cè)定在該荷載下的加速度響應(yīng)曲線，利用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀進(jìn)行波形識(shí)別與盒維數(shù)計(jì)算；
[0015]步驟4，根據(jù)逐級(jí)加載所測(cè)得的加速度響應(yīng)曲線，獲取盒維數(shù)與工作荷載的關(guān)系曲線。
[0016]進(jìn)一步,在上述步驟I中，在外徑為100mm、壁厚3mm、長(zhǎng)40cm的鋼管內(nèi)燒注與實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)特性相近的混凝土，中間預(yù)留直徑為40mm圓孔，混凝土的配比及水灰比依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖性質(zhì)通過相似模擬試驗(yàn)確定。
[0017]待試件達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)齡期強(qiáng)度后，分別用水泥砂漿或礦用樹脂錨固劑，在中間預(yù)留孔中安裝測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)所用的錨桿。
[0018]進(jìn)一步，上述所述錨桿為測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)所用工程錨桿。
[0019]進(jìn)一步，在上述步驟2中，在錨固段的上界面，可近似地認(rèn)為錨桿軸向廣義波阻抗增大；在錨固段的下界面，可以近似認(rèn)為波阻抗減?。划?dāng)波傳播到錨固段的上界面時(shí)發(fā)生反射，波阻抗增大，反射系數(shù)R > 0，反射波與入射波同相，反射波到達(dá)錨桿外露端頭時(shí)又要發(fā)生全反射，故所述錨桿端頭傳感器記錄的波與初始波反相。
[0020]進(jìn)一步，在上述步驟4中，將采集的曲線導(dǎo)入錨桿無損檢測(cè)專用軟件進(jìn)行計(jì)算分析，得出了盒維數(shù)與工作荷載的關(guān)系，利用通用繪圖軟件得出相應(yīng)的響應(yīng)曲線。
[0021]進(jìn)一步，利用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)錨桿的加速度響應(yīng)，通過上述工作分析確定錨固錨桿的實(shí)時(shí)工作荷載。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比較本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，利用應(yīng)力波理論和無損檢測(cè)技術(shù)，得出錨桿工作荷載與盒維數(shù)的關(guān)系曲線，可在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施大規(guī)模的錨桿無損檢測(cè)，并對(duì)圍巖及錨固結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)及評(píng)估。測(cè)試過程簡(jiǎn)單快捷、結(jié)果可靠。對(duì)圍巖和錨固結(jié)構(gòu)無有害擾動(dòng)、無破壞性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法的試件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明盒維數(shù)與工作荷載的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。[0026]本發(fā)明基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法的過程為:根據(jù)一維桿波動(dòng)理論，在錨桿外露端頭置一個(gè)自激式加速度傳感器，利用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀測(cè)得錨桿-圍巖相互作用體系在激發(fā)荷載作用下的速度響應(yīng)，判斷錨固端與圍巖之間的支撐聯(lián)接情況，通過波形識(shí)別和參數(shù)分析，確定測(cè)定錨桿的有效錨固長(zhǎng)度，，估算錨桿的極限承載力，獲取盒維數(shù)與工作荷載之間的關(guān)系曲，實(shí)時(shí)確定錨桿的工作荷載。并獲取以下數(shù)據(jù):固端反射時(shí)間、底端反射時(shí)間、錨固長(zhǎng)度、極限承載力和適時(shí)工作荷載幾個(gè)重要的參數(shù)。
[0027]該具體過程為:
[0028]步驟I，制作實(shí)驗(yàn)試件；
[0029]為了模擬現(xiàn)場(chǎng)的端錨錨桿，在外徑為100mm、壁厚3mm、長(zhǎng)40cm的鋼管內(nèi)澆注與實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)特性相近的混凝土，中間預(yù)留直徑為40mm圓孔，混凝土的配比及水灰比依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖性質(zhì)通過相似模擬試驗(yàn)確定。
[0030]用水泥砂漿或礦用樹脂固劑，在中間預(yù)留孔中安裝擬測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)所用規(guī)格的錨桿(圖例中直徑為16mm、長(zhǎng)1.6m的普通建筑圓鋼,其中錨桿全長(zhǎng)L = 160cm,錨桿自由段長(zhǎng)度LI = 120cm)。請(qǐng)參閱圖1所示，其為本發(fā)明的試件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]步驟2，進(jìn)行試驗(yàn)操作，施加瞬態(tài)沖擊；
[0032]利用礦用拉拔實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉拔，當(dāng)錨桿端頭受到激發(fā)器施加的瞬態(tài)沖擊作用后，錨桿頭質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，并以應(yīng)力波的形式向錨桿底部傳播，當(dāng)波傳播到變阻抗界面時(shí)發(fā)生反射和透射；
[0033]在錨固段的上界面，可近似地認(rèn)為錨桿軸向廣義波阻抗增大；在錨固段的下界面，可以近似認(rèn)為波阻抗減小。當(dāng)波傳播到錨固段的上界面時(shí)發(fā)生反射，波阻抗增大，反射系數(shù)R > 0，反射波與入射波同相，反射波到達(dá)錨桿外露端頭時(shí)又要發(fā)生全反射，故所述錨桿端頭傳感器記錄的波與初始波反相；同理底端反射與初始波同相；
[0034]步驟3，測(cè)定設(shè)定載荷下的加速度響應(yīng)曲線；
[0035]在實(shí)驗(yàn)過程中，利用礦用拉拔實(shí)驗(yàn)機(jī)，認(rèn)為設(shè)定間隔級(jí)別逐級(jí)加載，當(dāng)力口載到某一荷載時(shí)，保持該荷載持續(xù)約30s，利用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀測(cè)定在該荷載下的加速度響應(yīng)曲線并進(jìn)行波形識(shí)別。
[0036]步驟4，獲取盒維數(shù)與工作荷載的關(guān)系曲線。
[0037]將采集的曲線導(dǎo)入錨桿無損檢測(cè)專用軟件進(jìn)行計(jì)算分析，得出了盒維數(shù)與工作荷載的關(guān)系，利用通用繪圖軟件得出相應(yīng)的響應(yīng)曲線。
[0038]請(qǐng)參閱圖2所示，其為本發(fā)明盒維數(shù)與工作荷載的曲線圖，圖中。橫坐標(biāo)代表工作荷載，單位KN,縱坐標(biāo)代表盒維數(shù)。
[0039]利用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)錨桿的加速度響應(yīng)，用專用程序計(jì)算其相應(yīng)的分形盒數(shù)，對(duì)照相應(yīng)圍巖條件下盒維數(shù)與工作荷載曲線，確定檢測(cè)錨桿的實(shí)時(shí)工作荷載。
[0040]通過上述工作分析可確定:錨桿的錨固長(zhǎng)度；極限的承載力；實(shí)時(shí)工作荷載。上述工作過程可能過測(cè)試儀器內(nèi)嵌程序在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)完成。
[0041]其中，在分析錨桿縱向振動(dòng)時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，做出如下的假設(shè):
[0042](I)錨桿的受激振動(dòng)在彈性限度內(nèi)，錨桿振動(dòng)時(shí),桿體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的位移、應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系都服從彈性虎克定律；低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試中，由于激振力很小，并且是可以控制的，故錨桿的振動(dòng)完全滿足這一假設(shè)條件。
[0043](2)錨桿材料均勻或分段均勻且各向同性，在低應(yīng)變情況下，近似滿足這一假設(shè)條件。
[0044](3)受激振動(dòng)時(shí)，其截面保持為平面，錨桿受激振動(dòng)時(shí)，同一截面上所有質(zhì)點(diǎn)位移的方向和大小都是一致的，不存在相位的差別或振動(dòng)的超前或滯后現(xiàn)象。
[0045]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對(duì)其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，其特征在于，該過程為，根據(jù)一維桿波動(dòng)理論，在錨桿外露端頭置一個(gè)自激式加速度傳感器，利用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀，測(cè)得錨桿-圍巖相互作用體系在激發(fā)荷載作用下的加速度響應(yīng)，通過波形識(shí)別和參數(shù)分析，判斷錨固端與圍巖之間的支撐聯(lián)接情況，計(jì)算其加速度響應(yīng)的盒維，并依據(jù)相應(yīng)工作環(huán)境及圍巖條件下盒維數(shù)與工作荷載的關(guān)系曲線，確定錨桿的工作荷載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，其特征在于其檢測(cè)方法上述具體過程為: 步驟I，制作實(shí)驗(yàn)試件； 步驟2，進(jìn)行試驗(yàn)操作，施加瞬態(tài)沖擊；利用礦用拉拔實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉拔，當(dāng)錨桿端頭受到激發(fā)器施加的瞬態(tài)沖擊作用后，錨桿端頭質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，并以應(yīng)力波的形式向錨桿底部傳播，當(dāng)波傳播到變阻抗界面時(shí)發(fā)生反射和透射； 步驟3，測(cè)定設(shè)定載荷下的加速度響應(yīng)曲線:利用礦用拉拔實(shí)驗(yàn)機(jī)，設(shè)定間隔級(jí)別逐級(jí)加載，當(dāng)加載到某一荷載時(shí)，保持該荷載持續(xù)約30s，測(cè)定在該荷載下的加速度響應(yīng)曲線，利用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀進(jìn)行波形識(shí)別與盒維數(shù)計(jì)算； 步驟4，根據(jù)逐級(jí)加載所測(cè)得的加速度響應(yīng)曲線，獲取盒維數(shù)與工作荷載的關(guān)系曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，其特征在于，在上述步驟I中，在外徑為100mm、壁厚3mm、長(zhǎng)40cm的鋼管內(nèi)澆注與實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)特性相近的混凝土，中間預(yù)留直徑為40mm圓孔，混凝土的配比及水灰比依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖性質(zhì)通過相似模擬試驗(yàn)確定； 待試件達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)齡期強(qiáng)度后，分別用水泥砂漿或礦用樹脂錨固劑，在中間預(yù)留孔中安裝測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)所用的錨桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，其特征在于，所述錨桿為測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)所用工程錨桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，其特征在于，在上述步驟2中，在錨固段的上界面，可近似地認(rèn)為錨桿軸向廣義波阻抗增大；在錨固段的下界面，可以近似認(rèn)為波阻抗減?。划?dāng)波傳播到錨固段的上界面時(shí)發(fā)生反射，波阻抗增大，反射系數(shù)R > 0，反射波與入射波同相，反射波到達(dá)錨桿外露端頭時(shí)又要發(fā)生全反射，故所述錨桿端頭傳感器記錄的波與初始波反相。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，其特征在于，在上述步驟4中，將采集的曲線導(dǎo)入錨桿無損檢測(cè)專用軟件進(jìn)行計(jì)算分析，得出了盒維數(shù)與工作荷載的關(guān)系，利用通用繪圖軟件得出相應(yīng)的響應(yīng)曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于盒維數(shù)的錨桿工作荷載無損檢測(cè)方法，其特征在于，利用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)錨桿的加速度響應(yīng)，通過上述工作分析確定:錨固錨桿的實(shí)時(shí)工作荷載。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的檢測(cè)方法可用KMJ-1型礦用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)儀在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)完成。
【文檔編號(hào)】G01N3/00GK103837399SQ201410067338
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】李義, 梁騰飛, 薛榮芳 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)