模拟工程中不同频率超声导波检测锚杆锚固质量研究

针对不同频率超声导波在工程锚固锚杆中传播速度,工程实际条件下用不同频率超声导波对锚杆的锚固质量检测以及分别用两个传感器探头检测锚杆锚固质量时传感器在锚固体表面的安装位置等问题进行了研究。研究结果表明在未锚固端用一个探头发射信号,在锚固体表面用另一个探头接收到的导波的衰减信号可以判断超声导波在工程实际条件下的传播速度,并可用于测量锚杆的锚固质量,高频导波在锚杆中的传播速度和传感器的安装位置与低频导波不同,且都可以用来研究锚杆的锚固质量。     

导波在端锚锚杆锚固段上界面的反射研究

利用有限元数值模拟研究了5~60 kHz纵向导波在端锚锚杆锚固段上界面的反射情况. 使用反射系数衡量导波在锚固段上界面反射能量的大小,反射系数越大, 即导波在锚固段上界面的反射越明显. 通过改变锚固层厚度、锚固段上界面与锚杆轴向间的楔角和锚固层的材料,研究了反射系数的变化. 结果表明,以上因素对同频率导波的反射系数影响不大;当激发波频率低于20 kHz, 反射系数较大;而频率为40 kHz时,反射系数最小. 数值模拟导波在锚固段上界面反射系数与现场测试所得结果吻合较好.     

高频超声导波检测锚杆有效锚固长度分析

为检测锚杆实际有效锚固长度,得到锚固锚杆和自由锚杆中的高频超声导波传播规律,在1~15 MHz频率范围内对不同锚固锚杆试件进行频率扫描,并根据试验结果得到了群速度和频率之间的关系曲线。结果表明,激发频率为2.007~2.312和3.266~3.491 MHz时,导波在不同锚固质量的锚杆中传播速度几乎一致,且锚杆锚固质量对高频超声导波的传播速度影响很小,并据此得出在这个频率范围内可检测超声导波在自由锚杆中的传播速度,进而计算出锚杆的锚固长度。     

20~1 000 kHz超声导波用于锚杆锚固质量检测的探索

为使超声波无损检测技术应用于锚杆锚固质量的检测，采用理论分析和实验室测试的方法对超声导波在锚杆中的传播规律进行了研究。在20～1 000 kHz导波频率范围内，对不同锚固质量的锚固锚杆进行了扫频，并根据实验结果得出了群速度随频率变化曲线。研究结果表明：频率较低时，同一频率导波在不同锚固质量的锚杆传播的群速度不一样，可用于锚杆锚固质量的检测；频率较高时，它们的群速度几乎一致，可用来检测锚固锚杆的长度，但存在一些可用于锚杆锚固质量检测的导波。     

锚杆锚固质量无损检测方法分析

为了有效检测在各种工程实际中所使用的锚杆锚固质量,采用理论分析和实验室测试的方法分别研究了自由锚杆和锚固锚杆的高频超声导波传播规律,在2.25~15 MHz导波频率范围内,对不同锚固质量的锚固锚杆进行了扫频,并根据实验结果得出了不同锚固质量的锚杆的峰值比以及其随增益的变化曲线,与理论衰减频散曲线相吻合。研究结果表明,在一定的频率范围内,同一频率的峰值比几乎不随增益变化而变化,且对大于7.5 MHz的高频导波不适合用来检测锚杆锚固质量做出了初步研究。     

锚杆锚固质量的无损检测探究

为了高频超声导波技术能更好的应用于锚杆锚固质量的检测,采用理论分析和实验室测试的方法对锚固锚杆中导渡的传播规律进行了研究,从1.75 MHz到6 MHz,每隔0.25 MHz导波激发一次,对不同锚固质量的锚杆进行了扫频,根据实验结果得出了平均振幅比随频率变化曲线,指出锚杆质量检测效果的最佳激发频率为3 MHz。实验结果表明,锚杆锚固质量越好导波的衰减越大。在一定频率范围内,不同锚固质量的锚杆中导波的平均振幅比有明显的区别,实现了高频状态下对锚杆锚固质量的检测。     

不同锚杆参数对锚固系统稳定性影响研究

为了研究不同锚杆参数对锚固系统稳定性的影响，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，理论分析了围岩协同锚固系统力学模型和锚杆锚固段的“大托盘”效应，数值模拟了不同锚杆长度、锚杆密度和锚杆预紧力下群锚杆最小主应力分布，分析了锚杆围岩形成的挤压带范围，得到了相关参数对锚固系统稳定性的影响。研究为巷道支护提供了理论指导。     

高频纵向导波在锚杆检测中的应用

为了超声波无损检测技术能更好的应用于支护锚杆的检测,采用理论分析和实验室测试的方法对锚固和自由锚杆中的高频纵向导波传播规律进行了研究,在1¹5 MHz导波频率范围内,对不同锚固质量的锚固锚杆进行了扫频,并根据实验结果得出了平均振幅比随频率变化曲线,与理论衰减频散曲线相吻合。     

钻孔积水对锚杆锚固性能弱化研究

为研究锚杆拉拔过程中钻孔积水对锚固力弱化的现象,通过对锚固体力学性能进行实验模拟和数值模拟,得出锚杆拉拔过程并建立不同力学参数下的数值模型进行模拟对比。研究发现:随着积水量的增加,锚杆拉拔力大幅下降,钻孔积水对锚固剂锚固性能弱化作用十分明显;当锚杆的力学参数一定时,锚杆的锚固效果受到锚固剂的黏结性能很大影响。数值模拟计算得到的结果与实验现象和理论分析基本一致,表明该数值软件模拟锚杆拉拔过程可行的。     

锚杆锚固力无损检测的数值模拟

为了验证锚固力计算关系式的实用性,分别从时域和频域2个方面分析了应力波在锚固锚杆中传播特性,结合锚固力计算关系式得出锚固力,并进行不同工作荷载下锚杆拉出位移的数值模拟得出锚固力,最后通过对比两者得出的锚固力数值,得出如下结论:预应力可以增大首波过后的应力波峰值,当峰值过大时,会影响锚固起始位置的识别;随着工作荷载增大到一定程度,锚杆锚固质量开始受损,锚固力降低,必须精准控制锚杆预应力;无损检测锚杆锚固力具有实用意义。     

FLAC3D中Cable数量对锚杆拉拔模拟试验 结果的影响

为研究相同锚杆长度时Cable数量对模拟结果的影响,采用FLAC~(3D)中的Cable结构单元建立锚杆模型,并在相同围岩属性、网格密度、边界条件等条件下,通过拉拔模拟试验研究Cable数量和锚固剂刚度对结果的影响。结果表明:按照FLAC~(3D)帮助手册中根据development length设置Cable数量的建议并不可靠;对相同长度锚杆划分为不同Cable数量时,模拟结果有明显不同;当单一Cable长度与网格长度划分一致或比网格更短时,锚杆能获得较大的拉拔轴力;可以根据现场拉拔试验确定锚杆的极限拉拔力,然后在数值模拟中设定单一Cable长度为网格长度的0.5～1倍之间寻找与现场试验相符合的模拟方案;锚固剂刚度变化对锚杆轴力的峰值影响并不显著,但会改变轴力的峰后变化特征。     

锚杆支护机理的数值模拟

以锚固体围岩为研究对象,采用数值模拟方法,分析了锚杆支护的作用机理,建立了相应的数值模型,探讨了不同锚固段长度情况下,围岩应力场的分布及变化规律,考察了垂直应力σz和等效应力σepv随锚固长度b的变化以及围岩水平面内有围压作用时的锚杆支护效果。     

锚固巷道稳定性数值分析

针对某矿煤层巷道锚固支护特征,用有限差分方法进行了数值模拟研究.模拟结果表明,有限差分方法能够较好地模拟煤层巷道锚固煤(岩)体变形特征和锚杆(索)受力特征.为同类煤矿巷道锚固岩体数值模拟提供了技术参考.     

螺纹钢横肋作用下锚固体应力分布与破坏规律

在柱坐标系下将拉拔状态下的锚杆空间受力问题简化为平面应变问题。基于ABAQUS仿真软件建立全长黏结式螺纹钢锚杆有限元模型,研究螺纹钢横肋作用下的锚固体应力分布特征。选取单元锚固体,建立有限元模型并数值计算,重点分析了树脂破坏面的演化特征以及螺纹钢横肋面角q、径向尺寸系数d/D和横肋间距L对锚固体破坏的影响。结果表明,螺纹钢锚杆的应力分布显著不同于圆钢锚杆;拉拔状态下螺纹钢的轴向应力较圆钢沿轴向衰减速率更快,树脂-杆体接触面剪切应力值沿轴向呈现锯齿状分布。螺纹钢横肋几何参数q,d/D,L对锚固体的强度和破坏失效形式有直接影响。联合分析螺纹钢锚杆全长应力分布与单元锚固体的破坏失效形式,总结了横肋作用下的锚固体失效的时空演化规律。     

超声导波在锚杆锚固体系中传播规律的研究

通过理论分析与实验测试,研究了超声导波在锚杆锚固体系中的波动能量的外泄特征,研究了超声导波在锚杆、锚固介质及其耦合体系中的传播规律,为锚杆锚固质量的无损检测提供了重要的理论依据。     

基于锚固串群体结构的顶板支护设计

针对破碎顶板稳定性差,变形量大,支护设计不合理等问题,基于数值模拟提出锚固串群体结构,分析了锚固串群体结构及其力学机制,通过建立锚固串群体结构力学平面模型,得到相邻锚固串锚固厚度计算公式.为了研究锚固串群体结构不同锚固厚度的支护效果,设计了4种不同锚固串群体结构.本文以矩形巷道为例,由4种不同锚固串群体结构设计了1 200,1 000,800,600 mm等4种不同锚杆间距的支护方案.通过数值模拟和支护成本的综合分析,得出最优支护方案为间距800 mm,进一步得到部分相交的锚固串群体结构是最合理结构这一结论.锚杆支护设计应根据具体巷道地质特征和现场生产条件,确定部分相交的锚固串群体结构参数.     

巷道煤柱合理留设宽度及帮锚杆对煤柱宽度的影响分析

通过对回采巷道煤柱顶部载荷的估算及对煤柱破坏、失稳过程的分析,得出了采区回采巷道两侧煤柱的合理布置宽度;运用理论分析与数值模拟相结合的方法,通过对巷道煤柱在不同帮锚固体厚度影响下其核区宽度的分析,得出了不同帮锚固体厚度对煤柱核区宽度的影响系数。提出了帮锚固体厚度是巷道煤柱宽度优化设计需考虑的一个重要因素。     

锚固串铰链结构在煤巷顶板支护中的应用

针对煤矿开采过程中,存在支护破碎顶板易变形、稳定性差的问题,对锚固串群体结构进行力学分析,通过建立锚固串群体力学模型,计算相邻锚固串锚固厚度,确定最佳锚杆结构支护方案。设计2种锚固串群体结构,以麻家梁矿现有的14210巷道为例,选择不同的支护方案对比,相邻锚杆间距分别为1200,1000mm,进行数值模拟和分析。结果证明最优支护间距100mm,位移变形量最小,找出了最优锚固串群体结构,为煤矿安全生产提供了保障。     

基于FLAC3D对不同荷载下锚杆锚固作用机制的数值模拟

以某铜矿为研究背景,通过室内剪切试验、点荷载试验获取岩体物理力学基本参数,用FLAC~(3D)有限元软件对锚杆锚固作用机制进行数值模拟,探究锚固体与锚杆周围应力分布规律,以及锚杆在不同条件下锚固体应力分布情况。数值模拟结果表明:得出了锚杆锚固力、剪应力沿内锚固长度的分布规律,为合理设计锚固长度提供一定的理论依据。通过对锚杆—注浆体—围岩体之间界面的数值模拟获得界面上的应力分布规律及其最大承载力。研究结果不仅有助于了解加锚岩体的力学性能,也可以为设计可靠有效的岩体锚固方案提供有利的试验数据和理论基础。     

下向分层充填进路稳定性数值模拟中网格划分的探讨

为探究网格尺寸对下向分层充填进路稳定性数值模拟结果的影响,建立了3种不同尺寸的进路采场模型,基于室内不同尺寸充填体力学试验结果,模拟分析了进路开挖后采场的稳定性。数值模拟结果表明,网格尺寸越小,模型进路顶板位移变化量越小;随着上覆充填体与顶板表面间距离增加,上覆充填体由受拉向受压状态转变;网格尺寸越小,模型对应顶板表面最大主应力越大;在进路两帮,3种尺寸对应模型均受压应力作用,且三者区分度不大;3种不同尺寸模型的塑性区均位于进路顶板两端,呈长条形,且深度随模型网格尺寸增加而增加。网格尺寸划分的不同使下向分层充填进路稳定性发生了改变,故在矿山进行优化方案设计时,不同的优化方案数值模型的网格尺寸应保持一致。