孫 冰 郭閃閃 曾 晟 鄭緒濤
(1.南華大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院,湖南 衡陽(yáng) 421001;2.南華大學(xué)核資源工程學(xué)院,湖南 衡陽(yáng) 421001)
錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀
孫 冰1郭閃閃1曾 晟2鄭緒濤1
(1.南華大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院,湖南 衡陽(yáng) 421001;2.南華大學(xué)核資源工程學(xué)院,湖南 衡陽(yáng) 421001)
隨著錨桿錨固技術(shù)在工程中的廣泛應(yīng)用,因現(xiàn)場(chǎng)施工錨固質(zhì)量檢測(cè)手段原因造成的事故與經(jīng)濟(jì)損失也越來(lái)越多,因此錨固質(zhì)量檢測(cè)新理論和新技術(shù)的研究成為目前迫切需要解決的問(wèn)題。從錨桿傳統(tǒng)拉拔檢測(cè)技術(shù)的破壞機(jī)制、影響因素和數(shù)值模擬研究3個(gè)方面對(duì)錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行全面的闡述。從室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、數(shù)值方法、應(yīng)力波反射法和信號(hào)的處理及智能評(píng)估等方面全面分析和總結(jié)了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。最后從錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)目前存在的問(wèn)題出發(fā),提出了多種檢測(cè)手段相結(jié)合的新技術(shù)研究、多種影響因素疊加效應(yīng)的研究、智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)的構(gòu)建等將是未來(lái)錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。
巖土工程 錨桿 錨固質(zhì)量 無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 智能評(píng)估
因錨桿支護(hù)經(jīng)濟(jì)、高效,在巖土錨固工程中占有重要地位。目前,在鐵路、公路、礦山及水工隧道工程中得到廣泛的應(yīng)用。但是,在工程中的眾多錨桿,其錨固質(zhì)量如何,錨桿的長(zhǎng)度是否與設(shè)計(jì)一致,其長(zhǎng)度砂漿是否飽滿等問(wèn)題對(duì)于巖土工程錨固效果來(lái)說(shuō)顯得十分重要。同時(shí)由于施工工藝及作業(yè)環(huán)境等諸多因素也對(duì)錨固效果產(chǎn)生影響。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)監(jiān)測(cè)和補(bǔ)強(qiáng)等問(wèn)題受到巖土界廣泛關(guān)注。
錨桿加固多為隱蔽工程,受力情況復(fù)雜。因此在錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)時(shí),某一因素的變化將導(dǎo)致測(cè)試信號(hào)的變化,使其測(cè)試結(jié)果的理論分析非常困難。許多學(xué)者通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究取得了大量的成果,但仍不能滿足實(shí)際工程需要,且工程應(yīng)用中還存在許多問(wèn)題,如錨桿無(wú)損檢測(cè)中應(yīng)力波傳播規(guī)律不明確,錨桿周圍非線性阻尼對(duì)應(yīng)力波傳播的影響,底端反射難確定等[1]。本文從錨桿拉拔檢測(cè)的破壞機(jī)制、影響拉拔力的因素和拉拔檢測(cè)數(shù)值模擬3個(gè)方面綜述了錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)中的傳統(tǒng)的拉拔檢測(cè)技術(shù);闡述了錨桿無(wú)損檢測(cè)研究中常用的試驗(yàn)方法、數(shù)值方法、應(yīng)力波反射法和信號(hào)處理及智能評(píng)估技術(shù),指出錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)中存在的問(wèn)題;提出了錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
錨桿拉拔是一種檢測(cè)錨桿質(zhì)量的傳統(tǒng)方法,由于實(shí)際工況的復(fù)雜及錨桿錨固方式的多樣性,錨桿工作時(shí)的應(yīng)力變化及錨桿失效時(shí)的破壞形態(tài)會(huì)出現(xiàn)很大的差異[2]。其檢測(cè)過(guò)程是通過(guò)對(duì)錨桿外露端加載,通過(guò)頂端的力-位移曲線判定錨桿的質(zhì)量。其不可避免地對(duì)錨桿本身造成影響,甚至失效。
因錨桿類型及錨桿周圍工況的復(fù)雜,使不同類型的錨桿拉拔破壞機(jī)制出現(xiàn)較大的差別。王祥秋等[3]指出擴(kuò)孔錨固的擴(kuò)大頭的直徑與錨固介質(zhì)的強(qiáng)度是影響承載力的主要因素。然而在非擴(kuò)體黏結(jié)式錨桿中,在一定的荷載作用下,端部界面黏結(jié)力達(dá)到極限,由于界面黏滑特性,使錨桿剪切應(yīng)力重新分布,引起荷載向里端傳遞,使里端錨固體損傷劣化加劇[4]。由此可以看出擴(kuò)體錨固主要依靠擴(kuò)大頭承載,非擴(kuò)體錨固主要依靠側(cè)摩阻力承載。
錨桿的工作環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜,所以確定影響錨桿拉拔力的因素十分重要。尹延春等[5-6]通過(guò)對(duì)錨固體應(yīng)力分布演化規(guī)律及其影響因素的研究,得出錨桿長(zhǎng)度、錨固介質(zhì)的強(qiáng)度及性質(zhì)、鋼筋與錨固介質(zhì)黏結(jié)界面、錨固介質(zhì)與周圍巖體界面和巖石抗壓強(qiáng)度對(duì)錨桿拉拔力影響較大。在短錨桿中,適當(dāng)?shù)卦黾渝^桿長(zhǎng)度、錨固介質(zhì)強(qiáng)度和采用螺紋鋼能較大地提高拉拔力。
錨桿的拉拔檢測(cè)是破壞性檢測(cè),錨桿失效主要是由于錨桿拉拔力大于錨固界面的剪應(yīng)力,而界面剪應(yīng)力的影響因素很多,使得其大小很難估計(jì)。錨桿的軸力和錨固介質(zhì)界面剪應(yīng)力的大小受錨固劑的彈性模量影響很大,所以在進(jìn)行傳統(tǒng)的拉拔檢測(cè)時(shí),要求錨桿錨固段的漿體強(qiáng)度達(dá)到15 MPa才能進(jìn)行[7],在進(jìn)行錨桿拉拔試驗(yàn)時(shí),其拉拔力大小主要是由錨桿、錨固介質(zhì)和圍巖等因素共同決定的,錨桿與錨固介質(zhì)之間的界面的粗糙程度直接影響錨桿拉拔力的大小,鉆孔孔壁的光滑有助于提高拉拔力的大小,否則檢測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)大大降低。
錨桿拉拔檢測(cè)中,錨桿質(zhì)量判斷及承載力的預(yù)測(cè)所需要的錨桿的內(nèi)部應(yīng)力分布及發(fā)展規(guī)律可以通過(guò)數(shù)值模擬研究得到。許德、張凱等[8-9]從錨固段受力連續(xù)性出發(fā),運(yùn)用界面切應(yīng)力重分布假設(shè),通過(guò)數(shù)值模擬分析了改變砂漿層尺寸、強(qiáng)度、圍壓、錨桿直徑對(duì)錨桿的最大拉拔力產(chǎn)生影響,而且在網(wǎng)格劃分中網(wǎng)格對(duì)錨桿的極限拉拔力沒(méi)有影響,但對(duì)計(jì)算時(shí)間和精度有影響。江文武等[10]通過(guò)錨桿受力變化規(guī)律的數(shù)值模擬,得到錨固劑與錨桿的變形規(guī)律一致,數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際檢測(cè)結(jié)果情況相符合。
傳統(tǒng)拉拔檢測(cè)技術(shù)主要是對(duì)完整錨桿的錨固質(zhì)量檢測(cè),而對(duì)于缺陷錨桿的應(yīng)力分布、破壞機(jī)制、缺陷形式對(duì)錨桿拉拔力的影響等還有待深入研究。
錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有容易操作、檢測(cè)效率高、比傳統(tǒng)的拉拔試驗(yàn)測(cè)定的錨固力更加可靠等優(yōu)點(diǎn),故該技術(shù)已經(jīng)在錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。目前,錨桿無(wú)損檢測(cè)的常用方法主要有試驗(yàn)方法、數(shù)值方法、應(yīng)力波反射法、信號(hào)處理和智能評(píng)估技術(shù)等。
2.1 試驗(yàn)方法
在應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)研究中,很多專家學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)研究不斷探索錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)的新方法。王猛等[11]通過(guò)理論推導(dǎo)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)錨桿進(jìn)行彈性波無(wú)損檢測(cè),分析發(fā)射信號(hào)可以得到錨桿的錨固長(zhǎng)度、固結(jié)波速、工作荷載和自由端長(zhǎng)度等參數(shù),并運(yùn)用這些參數(shù)初步評(píng)價(jià)了錨桿的錨固質(zhì)量。張圣國(guó)等[12]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)錨桿無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn),得到檢測(cè)結(jié)果與拉拔試驗(yàn)結(jié)果基本一致。作者所在課題組運(yùn)用低應(yīng)變發(fā)射法檢測(cè)了不同錨固介質(zhì)與不同圍巖中錨桿的錨固質(zhì)量,得到了應(yīng)力波在錨固系統(tǒng)中的傳播速度介于自由錨桿和錨固介質(zhì)材料之間,錨桿介質(zhì)材料和錨固系統(tǒng)中的應(yīng)力波波速隨強(qiáng)度和齡期對(duì)稱分布并呈指數(shù)關(guān)系變化[13]。
錨桿無(wú)損檢測(cè)原理主要借用于樁基無(wú)損檢測(cè)技術(shù),但由于錨桿本身的特點(diǎn),其與樁基檢測(cè)有較大的差異,且檢測(cè)技術(shù)發(fā)展不完善,所以有待進(jìn)一步深入研究。錨桿長(zhǎng)度及缺陷的位置是重要的質(zhì)量評(píng)定參數(shù),對(duì)錨桿檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行小波分析,可以得到缺陷或錨桿底端反射信號(hào)的時(shí)間,然后根據(jù)底端信號(hào)反射時(shí)間判斷缺陷具體的位置。由于混凝土離散性較大,波速又無(wú)有效的量化手段,使錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)受到一定的約束。此外,試驗(yàn)研究中大多未考慮荷載的影響,而錨桿在實(shí)際的安裝使用過(guò)程中或多或少地存在荷載,所以實(shí)驗(yàn)室得所得到的參數(shù)及其變化與實(shí)際工況依然存在較大差別。
2.2 數(shù)值方法
應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)數(shù)值模擬的方法基本原理是通過(guò)動(dòng)力瞬態(tài)激振,使錨桿彈性振動(dòng),通過(guò)振動(dòng)響應(yīng)分析來(lái)推斷錨桿的缺陷,在力學(xué)上表現(xiàn)為給定擾動(dòng)源的信息及邊界、初始條件,建立描述介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的支配方程,并通過(guò)求解其動(dòng)力響應(yīng)。通常歸結(jié)為雙曲型或雙曲-擴(kuò)散型方程的初值或初值-邊值問(wèn)題[14-15]。曾鼎華等[16]研究了錨桿橫向振動(dòng)隨激振力和錨桿長(zhǎng)度的變化,建立了橫向動(dòng)力響應(yīng)的理論模型及其半解析公式,得出桿橫向振動(dòng)對(duì)高頻信號(hào)衰減快、低頻信號(hào)衰減慢的結(jié)論。
波動(dòng)方程的數(shù)值解表明,在錨桿內(nèi)部缺陷的探測(cè)中,可用聲速、幅值、波形等參數(shù)作為判斷的依據(jù),理論模型和數(shù)值計(jì)算結(jié)果能較準(zhǔn)確地反映錨固錨桿的振動(dòng)特性和彈性波的傳播規(guī)律,若再加上在缺陷處的頻譜畸變參數(shù),則可使判斷更為可靠。
如何通過(guò)信號(hào)分析確定錨桿的損傷程度是確定錨桿錨固質(zhì)量的又一難題。雖然遺傳算法原理簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠、精度高、計(jì)算速度快,已在土木工程得到廣泛應(yīng)用,但在錨桿中的動(dòng)力參數(shù)反演算法研究中較少。根據(jù)已有的研究表明運(yùn)用遺傳算法對(duì)錨桿系統(tǒng)動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行反演是可行的,但是對(duì)于損傷錨桿系統(tǒng),當(dāng)損傷數(shù)量增加時(shí),反演參數(shù)也會(huì)隨之增加,導(dǎo)致遺傳反演算法的速度減慢,進(jìn)度降低。
數(shù)值模擬的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)果直觀,各參數(shù)的影響通過(guò)調(diào)試模型直接表現(xiàn)出來(lái)。錨固質(zhì)量檢測(cè)模型中錨桿的應(yīng)力波速一般選取復(fù)合材料的應(yīng)力波速,但是不同齡期波速的同步性差異較大,未考慮齡期及荷載對(duì)波速的影響,會(huì)使模擬結(jié)果與現(xiàn)實(shí)工況有一定的偏差。
2.3 應(yīng)力波反射法
反射波原理或電磁感應(yīng)理論是錨桿無(wú)損檢測(cè)基本原理,檢測(cè)手段有超聲波法[17]、超聲導(dǎo)波法、天線法等。然而大量運(yùn)用于工程實(shí)踐的是反射波法[18],相對(duì)傳統(tǒng)的拉拔檢測(cè)法,反射波法具有快速、方便等特點(diǎn)。在樁基無(wú)損檢測(cè)中,反射波法已經(jīng)比較成熟,與樁基相比錨桿更符合一維應(yīng)力波理論,但它們之間仍有明顯的差異[19],如錨桿測(cè)試信號(hào)中的低頻成分會(huì)被彎曲振動(dòng)嚴(yán)重污染且不同位置反射波相隔時(shí)間較短,相對(duì)而言提取的樁基測(cè)試信號(hào)中反射波信息有可能在某一中間頻率下得到較為理想的波形。
在反射波法檢測(cè)中,真正的差異在于檢測(cè)時(shí)的聲波發(fā)射、接收及分析系統(tǒng)。上世紀(jì)80年代初,瑞典的H.F.Thurner 提出用超聲波來(lái)檢測(cè)錨固質(zhì)量,并由Gendynamik AB公司研制了錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀[20]。由于超聲波衰減快,所測(cè)錨桿不能太長(zhǎng),同時(shí)由于用檢測(cè)結(jié)果來(lái)評(píng)定錨桿質(zhì)量時(shí)采用的反射波波幅是單一參數(shù),評(píng)定結(jié)果很難滿足實(shí)際工程需要。
近年來(lái),超聲導(dǎo)波已應(yīng)用錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)[21-25]:M.D.Beard等人通過(guò)對(duì)信號(hào)相速率、能量速率、衰減系數(shù)的頻散曲線分析,得到在高頻和低頻時(shí)最為理想的超聲波激振頻率,并且研制了專門的激振傳感器。Dalhousie大學(xué)和太原理工大學(xué)研究了頻率和錨固長(zhǎng)度對(duì)錨桿中導(dǎo)向超聲波的影響并對(duì)錨桿中的超聲導(dǎo)波進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,初步得到了導(dǎo)波的衰減特性、傳播特性及影響衰減的傳播因素。通過(guò)對(duì)導(dǎo)波數(shù)值模擬[26],得出了最優(yōu)高低頻激發(fā)值,根據(jù)反射波和入射波幅值之間的關(guān)系,可通過(guò)導(dǎo)波在錨固錨桿中傳播時(shí)的衰減系數(shù)對(duì)錨固質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。
當(dāng)然,并非所有的導(dǎo)波都能運(yùn)用于錨桿質(zhì)量檢測(cè),如扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波,由于扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波在錨桿錨固段的衰減值較大,無(wú)法在錨桿頂端采集到錨桿底端反射回波信號(hào),所以扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波不適用于錨桿長(zhǎng)度的檢測(cè)。
2.4 信號(hào)處理及智能評(píng)估
錨桿無(wú)損檢測(cè)的另一難點(diǎn)是底端反射信號(hào)的顯示。錨桿自由段的長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度及波長(zhǎng)都直接影響錨桿底端反射顯現(xiàn)規(guī)律。楊天春等[27]基于相位推算法對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換和數(shù)字濾波后將主頻信號(hào)作為初始值,再根據(jù)相位的變化規(guī)律來(lái)判斷反射信號(hào)。該方法能定性分析錨桿是否存在缺陷及其位置,但不能定量確定缺陷的長(zhǎng)度和錨桿錨固質(zhì)量對(duì)錨桿損傷的程度,因此無(wú)法滿足實(shí)際工程的需要。
隨著現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展,小波分析在處理檢測(cè)的原始信號(hào)分解時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[28]。小波變換就是對(duì)原來(lái)的不規(guī)則信號(hào)分解為多個(gè)不同頻率、波形比較規(guī)則的信號(hào)來(lái)獲得較為準(zhǔn)確全面的評(píng)定參數(shù)。通過(guò)對(duì)采集的原始信號(hào)進(jìn)行多級(jí)分解、消噪,然后進(jìn)行重構(gòu),從而獲得基頻、幅值比等參數(shù)。錨桿原始信號(hào)只有加速度或速度幅值與時(shí)間的曲線,雖然能判斷錨桿錨固質(zhì)量[29],但其可用信息較少且不明顯。然而如果參數(shù)選取不當(dāng),則會(huì)影響分析結(jié)果,如消噪閾值的設(shè)定過(guò)高有可能消去部分可用信號(hào),過(guò)低又達(dá)不到消噪效果等。
原始信號(hào)進(jìn)行小波分析后,再通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[30]建立錨桿錨固質(zhì)量智能化評(píng)價(jià)方法。該方法的主要思路為先建立錨桿系統(tǒng)樣本庫(kù),采用數(shù)值模擬獲得各樣本的桿頂動(dòng)態(tài)測(cè)試信號(hào);再利用小波技術(shù)取得的特征向量作為輸入向量,利用廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別錨桿的剛度因子;最后通過(guò)樣本對(duì)所建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能較好地識(shí)別錨桿剛度因子,建立錨桿錨固質(zhì)量智能化評(píng)價(jià)方法。
隨著錨桿支護(hù)技術(shù)在各工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,錨固質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)也日新月異,但單一檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和推廣都有一定的局限性,部分檢測(cè)水平還沒(méi)有特別成熟。目前,隨著現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)的發(fā)展,多種檢測(cè)手段相結(jié)合的方法將是未來(lái)的發(fā)展方向。
3.1 多種檢測(cè)手段相結(jié)合的新測(cè)試技術(shù)
隨著錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的互相結(jié)合將成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一。多種檢測(cè)手段相結(jié)合的測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用,可以有效避免使用單一方法的局限性,如拉拔法屬于破壞性檢測(cè),只能用于個(gè)別錨桿的抽樣檢測(cè),而取芯法主要靠目測(cè)法對(duì)芯樣進(jìn)行評(píng)判,具有一定的主觀性;無(wú)損檢測(cè)中超聲波衰減較快,而聲頻應(yīng)力波相位又受錨固介質(zhì)影響較大,難以準(zhǔn)確判定錨桿動(dòng)剛度和極限承載力。因此,為了準(zhǔn)確定位錨桿缺陷和預(yù)判錨桿承載力,提高檢測(cè)效率和精度,研制多功能一體化的檢測(cè)設(shè)備也迫在眉睫。
此外,相位突變與小波分解技術(shù)相結(jié)合的方法已經(jīng)在工程檢測(cè)中應(yīng)用。隨著新的測(cè)試?yán)碚摰纳钊胙芯浚罅康膶W(xué)者把其運(yùn)用到錨桿檢測(cè)中來(lái),如超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)等。多種檢測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生相互干擾,這仍需進(jìn)行理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證。
3.2 多種影響因素疊加效應(yīng)的研究
圍巖、工作荷載、齡期、地應(yīng)力等因素直接影響錨桿錨固質(zhì)量,同時(shí)這些因素也構(gòu)成了支護(hù)系統(tǒng)所處的復(fù)雜工作環(huán)境,故錨桿的錨固質(zhì)量檢測(cè)不能只考慮單一影響因素,應(yīng)綜合考慮節(jié)理巖體、巷道開(kāi)挖、預(yù)應(yīng)力、齡期等眾多因素的共同作用。對(duì)于多因素的影響可以運(yùn)用新的檢測(cè)技術(shù)和仿真模擬相結(jié)合的方法對(duì)各因素的疊加效應(yīng)進(jìn)行研究,建立各因素組合的影響權(quán)重關(guān)系,為今后的錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)發(fā)展提供好的檢測(cè)思路,從而使檢測(cè)結(jié)果更貼近工程實(shí)際。
3.3 建立智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)
為了較好地評(píng)價(jià)錨固質(zhì)量和描述錨桿工作狀態(tài),減少人為因素的影響,使測(cè)試的結(jié)果更有說(shuō)服力,錨固質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立十分重要。以Matlab為基礎(chǔ)平臺(tái)的信號(hào)分析系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論等智能評(píng)價(jià)方法,已在工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。這種智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立提高了分析精度,使評(píng)價(jià)結(jié)果更接近工程實(shí)際。
[1] 李 義,張昌鎖,王 成.錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的研究[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2008,27(1):108-116. Li Yi,Zhang Changsuo,Wang Cheng.Study on several key issues in nondestructive detection of bolt bonding integrity[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2008,27(1):108-116.
[2] 李國(guó)維,高 磊,黃志懷,等.全長(zhǎng)黏結(jié)玻璃纖維增強(qiáng)聚合物錨桿破壞機(jī)制拉拔模型試驗(yàn)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007,26(8):1653-1663. Li Guowei,Gao Lei,Huang Zhihuai,et al.Pull-out model experiment on failure mechanism of full-length bonding glass fiber reinforced polymer rebar[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2007,26(8):1653-1663.
[3] 王祥秋,周志國(guó),唐夢(mèng)雄,等.復(fù)雜地層擴(kuò)體錨抗拔性能研究[J].公路工程,2013,38(1):94-102. Wang Xiangqiu,Zhou Zhiguo,Tang Mengxiong,et al.Study on the bearing behaviors of under-reamed anchor in complex strata[J].Highway Engineering,2013,38(1):94-102.
[4] 段 建,言志信,郭銳劍,等.土層錨桿拉拔界面松動(dòng)破壞分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2012,34(5):936-941. Duan Jian,Yan Zhixin,Guo Ruijian,et al.Failure analysis of soil anchors induced by loose interface under pullout load[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2012,34(5):936-941.
[5] 尹延春,趙同彬,譚云亮,等.錨固體應(yīng)力分布演化規(guī)律及其影響因素研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2013,30(5):712-716. Yin Yanchun,Zhao Tongbin,Tan Yunliang,et al.Research of stress distribution evolution law and influencing factors[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2013,30(5):712-716.
[6] 蘇 霞,李仲奎.錨桿拉拔力影響因素的數(shù)值試驗(yàn)研究[J].工程力學(xué),2006,23(2):97-102. Su Xia,Li Zhongkui.Numerical study of the influence factors of anchorage under tension[J].Engineering Mechanics,2006,23(2):97-102.
[7] 曹 宇,張廷毅.錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)方法及應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào),2008,5(6):751-755. Cao Yu,Zhang Tingyi.Detection of bolt bonding quality and its application[J].Chinese Journal of Engineering Geophysics,2008,5(6):751-755.
[8] 許 德,邵龍?zhí)叮硐霃椝苄藻^桿拉拔數(shù)值分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2011,7(S2):1583-1588. Xu De,Shao Longtan.Numerical analysis of bolt pullout based on elastic-perfectly plastic model[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2011,7(S2):1583-1588.
[9] 張 凱,楊 慶,蔣景彩,等.全長(zhǎng)粘結(jié)巖石錨桿拉拔數(shù)值模擬[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào),2013,53(5):710-714. Zhang Kai,Yang Qing,Jiang Jingcai,et al.Numerical simulation of fully-grouted rock bolt under pull-out load[J].Journal of Dalian University of Technology,2013,53(5):710-714.
[10] 江文武,徐國(guó)元,馬長(zhǎng)年.FLAC-3D的錨桿拉拔數(shù)值模擬試驗(yàn)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,41(10):129-133. Jiang Wenwu,Xu Guoyuan,Ma Changnian.Numerical simulation on pull-tests of a cable by FLAC-3D[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2009,41(10):129-133.
[11] 王 猛,李 義,董 嘉.應(yīng)力波法錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究[J].煤炭技術(shù),2013,32(1):203-204. Wang Meng,Li Yi,Dong Jia.Stress wave nondestructive testing method of rock bolt and field experimental study[J].Coal Technology,2013,32(1):203-204.
[12] 張圣國(guó),楊 林.錨桿無(wú)損檢查技術(shù)在煤礦巷道支護(hù)中的應(yīng)用[J].金屬材料與冶金工程,2013,41(3):39-41. Zhang Shengguo,Yang Lin.Application of non-destructive testing technique for anchor in mine roadway supporting[J].Metal Materials and Metallurgy Engineering,2013,41(3):39-41.
[13] 孫 冰,曾 晟,丁德馨,等.錨固系統(tǒng)與錨固介質(zhì)材料中應(yīng)力波速的關(guān)系[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),2013,33(3):305-310. Sun Bing,Zeng Sheng,Ding Dexin,et al.Relationships between stress wave velocities in anchorage system and material of anchorage medium[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2013,33(3):305-310.
[14] 王 成,寧建國(guó),李 朋.錨桿錨固系統(tǒng)在瞬態(tài)激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性[J].煤炭學(xué)報(bào),2008,33(1):7-10. Wang Cheng,Ning Jianguo,Li Peng.Dynamic response for grouted of rock bolts under instantaneous excitation[J].Journal of China Coal Society,2008,33(1):7-10.
[15] 秦 強(qiáng),左風(fēng)春,尹健民,等.錨桿聲波反射法質(zhì)量檢測(cè)的數(shù)值模擬分析[J].長(zhǎng)江科學(xué)院學(xué)報(bào),2010,27(12):47-51. Qin Qiang,Zuo Fengchun,Yin Jianmin,et al.Numerical simulation sonic reflection method applied to rock bolts' anchoring quality detection[J].Journal of Yangtze River Scientific Research Institute,2010, 27(12):47-51.
[16] 曾鼎華,王閃閃.完整錨桿橫向動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題的求解與分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2010,6(4):742-746. Zeng Dinghua,Wang Shanshan.Analysis on lateral dynamic response of anchor system[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2010,6(4):742-746.
[17] 劉 濤,葉義成,王文杰,等.玻璃鋼錨桿錨固質(zhì)量聲波檢測(cè)技術(shù)[J].金屬礦山,2014(3):36-39. Liu Tao,Ye Yicheng,Wang Wenjie,et al.Sonic wave testing technology in anchoring quality of FRP bolt[J].Metal Mine,2014(3):36-39.
[18] 楊維武,劉海峰.錨桿錨固質(zhì)量及無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].巖土工程,2008,28(2):92-96. Yang Weiwu,Liu Haifeng.Bolt anchoring quality and the research status of nondestructive testing technology[J].Geotechnical Engineering,2008,28(2):92-96.
[19] 孫 國(guó),李桂華,顧元憲.基于小波包分解的應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)分析方法[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào),2002,15(4):488-491. Sun Guo,Li Guihua,Gu Yuanxian.Analytic method of stress wave testing using wavelet packet decompositions[J].Journal of Vibration Engineering,2002, 15(4):488-491.
[20] Thurner H F.Bolt meter-Instrument for non-destructive testing of grouted rock bolts[C]∥2nd International Symposium on Filed Measurement in Geomachanics,Balkema.Rotterdam:[s.n.],1988:135-143.
[21] 廖 霖,張昌鎖,柳 明,等.20~1 000 kHz超聲導(dǎo)波用于錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)的探索[J].金屬礦山,2013(11):119-122. Liao Lin,Zhang Changsuo,Liu Ming,et al.Discussion on 20~1 000 kHz ultrasonic guided wave in the anchoring quality inspection[J].Metal Mine,2013(11):119-122.
[22] Beard M D,Lowe M J S.Non-destructive testing of using guided ultrasonic waves[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2003, 40:527-536.
[23] Zou D H,Cui Y,Madenga V,et al.Effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Science,2007,40:813-819.
[24] Cui Y,Zou D H.Numerical simulation of attenuation and group velocity of guided ultrasonic wave in grouted rock bolts[J].Journal of Applied Geophysics,2006,59:337-344.
[25] Zhang C S, Zou D H, Madenga V.Numerical simulation of wave propagation in grouted rock bolts and the effects of mesh density and wave frequency[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Science, 2006, 43:634-639.
[26] 吳 斌,孫雅欣,何存富,等.長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿高頻超聲導(dǎo)波檢測(cè)應(yīng)用研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007,26(2):397-403. Wu Bin,Sun Yaxin,He Cunfu,et al.Application of high frequency ultrasonic guided waves to inspection of full-length-bonding bolt[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2007,26(2):397-403.
[27] 楊天春,吳燕清,夏代林.基于相位推算法的錨桿施工質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)分析方法[J].煤炭學(xué)報(bào),2009,34(5): 629-633. Yang Tianchun,Wu Yanqing,Xia Dailin.An analytic method for rock bolt's nondestructive testing signals by phase deducted method[J].Journal of China Coal Society,2009,34(5): 629-633.
[28] 廖錦翔,袁明武,張勁泉.小波變換在橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中的應(yīng)用[J].公路交通科技,2004, 21(11): 30-34. Liao Jinxiang,Yuan Mingwu,Zhang Jinquan.Application of wavelet transform on damage detection of bridge structure[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2004,21(11): 30-34.
[29] 孫 冰,曾 晟,丁德馨,等.混凝土錨桿的瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2010,27(2):244-248. Sun Bing,Zeng Sheng,Ding Dexin.Experimental study of transient dynamic response on bolts in concrete[J].Journal of Mining and Safety Engineering,2010,27(2):244-248.
[30] 陳建功,李 昕,張永興.基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的錨桿-圍巖結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的識(shí)別[J].煤炭學(xué)報(bào), 2009,34(10):1333-1338. Chen Jiangong,Li Xin,Zhang Yongxing.Identification for bolt-surrounding rock structure system based on wavelet neural network[J].Journal of China Coal Society,2009,34(10):1333-1338.
(責(zé)任編輯 石海林)
ResearchStatusofDetectionTechnologyforBoltAnchoringQuality
Sun Bing1Guo Shanshan1Zeng Sheng2Zheng Xutao1
(1.InstituteofUrbanConstruction,UniversityofSouthChina,Hengyang421001,China;2.SchoolofNuclearResourcesEngineering,UniversityofSouthChina,Hengyang421001,China)
With the wide application of bolt anchorage technology in the engineering,more and more engineering accidents and economic losses caused by the detecting technique for anchoring quality occurs.So the research of new theory and technology for anchoring quality testing becomes the problem that urgently needs to solve.A comprehensive description for the research status of the bolt anchoring quality detection technology is made from three aspects”,that is the research about the failure mechanism,influence factors and the numerical simulation of the traditional bolt drawing detection technology.The comprehensive analysis and summarization of the current research and application status of the nondestructive testing technology are given from the laboratory experiment and field test,numerical method,the stress wave reflection method,the signal processing technology to the intelligent evaluation.Finally,according to the present problems of the anchor nondestructive testing technology,proposing that a new technology that combine a variety of detection means,the superimposed effect research of influential factors and the construction of intelligent evaluation system will be the future development direction of anchor nondestructive testing technology.
Geotechnical engineering,Anchor bolt,Anchoring quality,Nondestructive testing technology,Intelligent evaluation
2014-09-27
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):51204098),湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):11JJ6045),南華大學(xué)“十二五”科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(編號(hào):2012NHCXTD12)。
孫 冰(1979—),女,副教授,博士,碩士研究生導(dǎo)師。
TD353+.6
A
1001-1250(2014)-12-008-05