锚杆锚固质量无损检测理论研究与应用

基于锚固体系的锚杆动力学及应力波运动学理论,研究了锚固体系的振动特征和锚固体系中瞬态应力波传播的能量衰减规律,进而提出瞬态应力波法是检测锚杆锚固质量的一种快速、便捷、可靠的无损检测方法。它是通过锚杆锚固质量检测仪接收瞬态应力波反射信号,通过数据信号分析,从而获得表征锚杆锚固质量的一系列参数,即锚固长度、波速及密实度。文章论述瞬态应力波法的基本原理及传播特征,并结合工程实例总结检测规律。     

锚杆锚固质量无损检测技术研究

基于锚固体系的锚杆动力学和一维波动理论，研究了锚固体系的振动特征和锚固体系中应力波的传播规律，进而提出了快速检测锚杆锚固质量的应力波反射法，并实际运用于太原东山煤矿巷道锚杆施工质量的检测．     

全长粘结锚杆锚-浆界面应力的分布规律

在局部变形理论基础上,对全长粘结型锚杆锚-浆界面破坏类型的锚固机理进行分析研究。将注浆体与围岩视为相对位移为零的稳定体,通过确定其主要影响系数r、k_s分析得到锚-浆界面的剪应力与轴向荷载的双曲线应力分布形式。通过Flac 3D数值模拟技术和实验算例对其进行对比分析,证明其合理性。定义虚拟系数T用来描述锚杆与注浆体界面材料性质,并对其影响参数进行分析,发现锚杆长度在一定范围内可以增强锚固效果,但过度增加锚杆长度对杆体剪应力与轴向荷载影响较小;随着锚杆半径增大,锚浆界面剪应力峰值呈非线性减小,作用的范围增加,为避免产生应力集中现象,应避免使用半径较小的锚杆;虚拟系数T可以描述锚浆界面的相差度,T值增大,锚浆界面的剪应力增大,作用的均匀度及轴向荷载作用范围降低明显,可通过取合适的T值使锚固效果最佳。T值对锚杆锚固机制的影响较为明显。     

长持时爆炸冲击波产生方法

不同持时的爆炸冲击波对建筑结构及防护工程的作用显著不同,在试验或数值模拟中常需要得到长持时爆炸冲击波,延长爆炸冲击波正压作用时间是研究长持时爆炸荷载下结构响应的难点。在AUTODYN中建立长筒爆室小当量炸药多点延时起爆模型,分析爆炸冲击波在长筒爆室中的传播规律,研究管道长度、延时起爆时差、起爆顺序对冲击波波形的影响。结果表明：距离增加,超压峰值减小、正压持续时间增加;根据炸药量和爆室长度合理地选择起爆时差可以获得波形丰满且连续衰减的超压时程曲线;爆室底部起爆、合理控制延时间隔,可以形成类似于大当量远距离爆炸下产生的连续衰减的长持时冲击波。分别给出100、200 ms爆炸持时起爆方案,为长持时爆炸模拟装置的设计提供技术支持。     

Stress wave propagation in supporting bolts: A test for bolt support quality

A test method for the non-destructive determination of bolt length, anchoring length, and bolt body force is described. This addresses the problems of low accuracy, limited number of data, and untimely warning signs encountered with existing test methods. Numerical simulations of the bolt, resin, and rock system show that the length accuracy when using the velocity wave is lower than when using the acceleration wave. It is accepted practice to use the acceleration wave for length tests because of improved signal to noise ratios of the waveforms. Laboratory and in situ underground tests showed that the precision of the measurements meets field requirements. Using this method the anchor properties of each single bolt and, thus, the safety of the entire roadway support may be evaluated.     

电磁法检测锚固质量初探

近年来,锚杆、锚固质量的无损检测技术得到了较快的发展,目前的研究主要集中在应力波反射法上,但该方法还需要进一步的研究,以解决应力波反射信号变弱甚至消失后的问题。本文讨论了一种新的锚固质量无损检测方法——“电磁法”。在最简化物理模型基础上推导出对锚杆加载交变电流时地面磁感应强度分布规律的公式,据此正演计算并作出了几组磁感应强度归一化曲线,提出磁感应强度曲线计算机拟合反演方法可望检测出空锚段比例和空锚段的位置,成为锚固质量检测的一种新的技术方法。     

锚杆-围岩结构的耦合振动和减振

锚杆支护是隧道施工中常见的支护手段,而随着施工工况日趋复杂,锚杆与围岩的组合结构也承受着各类动力荷载的影响。针对隧道中单根锚杆的受力特性有较多研究,而对于锚杆和围岩组合体的动力特性研究较少。对锚杆-围岩结构进行整体分析,简化出一种巷道顶板锚杆支护模型,结合动力学双梁理论,建立并求解出模型动力学方程;运用MATLAB软件进行数值模拟,研究不同支护参数下结构的自振特性以及在外荷载作用下的动力响应,提出减振措施;利用有限元软件GTS NX建立二维模型,验证支护体系的安全性。结果表明：锚杆-围岩结构的动力特性与锚固段长度、锚杆间距和锚杆直径有关。在所建模型中,随着锚固段长度与锚杆间距的适当增加,结构动力响应明显减弱;随着锚杆直径的变化,结构动力特性的变化情况较复杂,结构不同部位的动力响应变化趋势差别较大。     

Theoretical analysis of a new segmented anchoring style in weakly cemented soft surrounding rock

According to the tensile failure of rock bolt in weakly cemented soft rock, this paper presents a new segmented anchoring style in order to weaken the cumulative effect of anchoring force associated with the large deformation. Firstly, a segmented mechanical model was established in which free and anchoring section of rock bolt were respectively arranged in different deformation zones. Then, stress and displacement in elastic non-anchoring zone, elastic anchoring zone, elastic sticking zone, softening sticking zone and broken zone were derived respectively based on neural theory and tri-linear strain softening constitutive model of soft rock. Results show that the anchoring effect can be characterized by a supporting parameter b. With its increase, the peak value of tangential stress gradually moves to the roadway wall, and the radial stress significantly increases, which means the decrease of equivalent plastic zone and improvement of confining effect provided by anchorage body. When b increases to 0.72, the equivalent plastic zone disappears, and stresses tend to be the elastic solutions. In addition, the anchoring effect on the displacement of surrounding rock can be quantified by a normalization factor δ.     

GFRP锚杆锚固机理试验研究

为了深入研究GFRP锚杆的锚固机理,模拟实际情况制作了试验模型,进行了拉拔试验.通过对实验结果的分析和研究,获得了砂浆粘结GFRP锚杆在拉拔条件下沿杆体的轴力和剪应力分布规律以及随荷载增大的演化过程,对荷载传递的机理进行了讨论,可为同类研究参考.     

锚杆无损检测技术及其在工程中的应用

为了明确实测波形跟锚固质量、检测方式之间的关系,基于应力波反射法检测的原理、方法以及应力波的传播理论,针对不同检测要素,分别进行了锚杆模型试验、锚杆检测工作模式试验、锚杆固结前后试验,并结合工程实例,分析探讨了无损检测技术在锚杆锚固质量评价中的应用.     

Anchoring eccentricity features and rectifying devices for resin grouted bolt/cable bolt

The anchoring eccentricity of the bolt and cable bolt is a common problem in geotechnical support engineering and affects the ability of the bolt and cable bolt to control the rock mass to a certain extent. This paper reports on numerical simulation and laboratory experiments conducted to clarify the effect of eccentricity on the anchoring quality of the bolt and cable bolt, and to establish an effective solution strategy. The results reveal that the anchoring eccentricity causes unbalanced stress distribution and the uncoordinated deformation of the resin layer, which results in higher stress and greater deformation of the resin layer at the near side of the rod body. Additionally, as the degree of anchoring eccentricity increases, the effect becomes more significant, and the resin layer of the anchoring system becomes more likely to undergo preferential failure locally, which weakens the load-bearing performance of the anchoring system. This paper develops an innovative bolt anchoring rectifying device (B-ARD) and cable bolt anchoring rectifying device (C-ARD) on the basis of the structural characteristics of the bolt and cable bolt to better ensure the anchoring effect of them. The working effects of these two devices were verified in detailed experiments and analysis. The experimental results show that the anchoring rectifying devices (ARD) improve and ensure the anchoring concentricity of the bolt and cable bolt, which will help improve the supporting performance of them. The paper provides a convenient and effective method for improving the anchoring concentricity of the bolt and cable bolt, and provides a concept and reference for technical research on improving the effect of roof bolting.     

Strength and deformation behaviors of bedded rock mass under bolt reinforcement

The mechanism of bolt support is an important topic in mining engineering and slope treatment. The artificial material and loading system were self-developed to study the influence of bedding cohesion and bolt number on the anchoring behavior of bedded rock mass. The results show that, both peak strength and elasticity modulus increase gradually with the increase of bedding cohesion and bolt number. The axial stress–strain curve of bedded rock mass under the reinforcement of bolts presents the features of strain-softening and secondary strengthening. Finally, anchoring behavior of bedded rock mass with different bolt numbers was simulated by using FLAC3 D numerical program and the results were compared with the experimental results. This study can provide certain bases to the stability control and support design of bedded rock mass in roadway.     

等离子体对电磁波反射与吸收的统计分析

为降低反射电磁波能量和雷达的目标有效截面,用统计分析方法研究了雷达波在均匀非磁化等离子体中传播时所发生的反射、吸收与衰减;模拟了在厚度为10cm、密度在1016～1019m 3、碰撞频率在0.1～10GHz范围内的均匀等离子体中,电磁波频率在1～20GHz、服从均匀和正态2种分布情况时的反射、吸收与衰减.结果表明：对于不同电磁波频率概率分布,等离子体频率和碰撞频率对电磁波反射、吸收与衰减的影响本质相同,只是定量的差别;当电磁波频率服从不同分布时,反射系数、吸收系数与衰减量的分布不同.     

岩体中软弱夹层影响爆炸波传播规律的数值分析

为了模拟岩体中软弱夹层对爆炸波传播衰减的影响,在块体离散元的基础上改进了数值计算方法（包括基本方程、求解步骤、能量耗散等效模式）,使其适合模拟爆源的特点、岩体中软弱夹层的性质以及应力波的传播衰减规律.用该方法建立了含软弱夹层岩体和爆源的数值模型,对岩体中软弱夹层影响爆炸波的传播衰减规律进行了数值试验.结果表明：软弱夹层前后爆炸波的振动速度峰值差别很大,存在量级上的差别;软弱夹层与爆源的距离对应力波衰减的影响很大,而夹层厚度影响较小;在两组软弱夹层之间的质点振动持续时间明显延长.数值模拟不仅给出了爆炸波经过软弱夹层的透反射关系,而且描述了不同情况下质点振动的基本形式,可为实际工程提供参考.     

不同围岩级别和锚固介质下锚杆动测波形特征分析

基于应力波反射法,通过不同围岩级别和锚固介质中锚杆的瞬态动力响应实验研究,对锚杆的加速度响应曲线的波形特征进行分析.结果表明,随着龄期的增长,固端反射信号非常强烈,而底端反射信号越来越微弱,甚至很难识别;围岩和锚杆介质均匀密实的锚杆其信号相对平缓一些.     

黏弹性散体介质中波的传播和耗散

经典弹性固体理论不能准确地描述散体介质中波的传播和能耗规律。本文从黏弹性角度来分析松散岩土介质中波的相关规律，给出了三种黏弹性模型及基本构方程：Maxwell模型，Kelvin模型及标准线性固体模型，给出小变形条件下黏弹性介质中的波动方程，传播向量和衰减向量的复数形式表达式，以及纵波和横波的衰减系数复数形式表达式，认为波的衰减与频率有关，频率越高衰减程度越大，并实验验证了此结论。另外，黏弹性散体介质中波的能耗还与介质对高频波的吸收有关，以及颗粒间的相对滑动磨擦也会增加能量的耗损。     

端部加密锚固洞室在重复顶爆作用下的应力波传播及衰减规律

利用实验室抗爆模型试验装置,研究了端部加密和普通长密锚杆锚固洞室在重复顶爆作用下的应力波传播及衰减规律。端部加密锚固洞室和普通长密锚固洞室每一炮的拱顶压力峰值随着比例距离的增加呈幂函数逐渐衰减,并拟合出相应的幂函数曲线,前两炮拟合的应力波衰减指数均小于未受扰动岩石的衰减指数。两个洞室在爆炸应力波作用下,锚固区附近的岩石先被密实,然后不断损伤破坏。在相同的爆炸条件作用下,随着比例距离增加,两个洞室在相同比例距离时的压力差值逐渐减小;相同比例距离端部加密锚固洞室峰值压力比普通长密锚杆加固洞室峰值压力先大后小;端部加密锚杆加固洞室与普通长密锚杆加固洞室离加固范围最近测点的压应力峰值衰减规律比较相近,并且压应力峰值大小也比较相近。     

全长锚杆的无损检测研究

锚杆是地下工程及边坡工程施工中的一种重要手段,是一种隐蔽性的重要工程,因而对其进行质量检测是非常必要的.目前锚杆检测主要采用动测法.全长锚杆是目前应用较多的一种锚杆,对于全长锚固锚杆中锚固质量为优的锚杆来说,由于看不到底端反射,因而只能根据经验或依据能量衰减与锚固段长度呈指数关系,用测定能量衰减变化量来预测全长锚固锚杆的长度.全长锚固锚杆底反射变得很弱或消失,这是很有意义的信息,应进一步深入研究.目前锚杆的注浆饱和度测试仅处于定性或半定量的状态,不能精确定量地给出注浆饱和度值,但它对锚杆质量判断仍具有很高的实用性.更精确的定量判断还有待进一步的试验研究.     

饱和土中流体对压缩波传播特性影响

为了进一步分析流体性质对饱和土中压缩波传播的影响,基于Biot两相介质波动理论,推导了压缩波平面波动解,并得到了孔隙流体自由流动和流体无渗流时的压缩波速度公式.通过数值算例分析了水饱和、准饱和及气饱和三种饱和情况下土中压缩波的传播及衰减特性.结果表明,在水饱和至准饱和土中,两种压缩波的速度和弥散性均随含气量的增加而降低,衰减则随含气量的增加而增加.气饱和土中,P1波速度比水饱和时显著降低且基本无弥散和衰减;P2波速度比水饱和时有很大提高,同时弥散和衰减加强,且特征频率向高频漂移.完全水饱和时P1波主要在流体中传播,含气量超过一定值(1%)时主要受土骨架中控制,P2波则刚好与此相反.     

锁脚锚杆和系统锚杆对软弱围岩隧道安全性影响研究

针对软弱围岩隧道开挖过程中,出现变形过大的问题,施工现场往往采用锁脚锚杆和系统锚杆的支护措施.通过数值模拟的方法,对比分析锁脚锚杆和系统锚杆对支护结构的变形和内力的影响,得到如下结论：锁脚锚杆在隧道整体下沉方面,作用更为明显;系统锚杆对隧道的水平收敛效果更好;添加系统锚杆相对于锁脚锚杆对隧道整体的安全性提高更大.综合考虑软弱围岩拱顶沉降大和水平收敛大的现状,施工过程中,应该综合使用系统锚杆和锁脚锚杆,以保证隧道的安全施工.