應力波反射法在錨桿無損檢測中的應用

庹斌

1 引言

錨固技術已被世界各地的巖土工程中得到了廣泛的應用，在巖土工程中的錨固技術，巖土可以充分挖掘能量，稱為巖土體的自身強度和承載力，降低結構的自重，節約工程材料，具有顯著的經濟效益，保證建設工程安全穩定，如此迅速廣泛應用。錨碇錨固工程不僅復雜，而且隱蔽性高。很難發現質量問題，處理這一事故更為困難。因此，錨桿無損檢測是整個錨固工程不可缺少的組成部分。在錨桿施工過程中發現和發現質量缺陷是控制錨桿質量的有效途徑，以消除錨桿隱患。目前，該領域的理論研究和工程應用得到了很大的發展。然而，螺栓無損檢測是一項非常復雜的系統工程。理論和實踐中還有許多問題需要研究。

2 應力波反射法應用于錨桿無損檢測中的原理

錨桿質量檢測是利用應力波反射法來實現的，其主要原理是一維的波，是近似彈性桿嵌在巖石的一維結構的錨桿和混凝土砂漿的混合物，和軸向位移是一個縱向坐標和時間的錨這兩個變量的函數，使用兩一階方程來表達，如圖1所示。應力波又通過錨桿傳播。當波阻抗表面發生變化時，會產生相應的透射和反射現象。并通過一維彈性桿的波動理論推導出透射系數KR和反射系數KT。

圖1 錨桿的質量檢測

上式中：U是質點振動的位移函數；C是錨桿的縱波速度；T是時間；Y是位移的縱向坐標。

3 應力波反射法檢測錨桿錨固質量

3.1 應力波在錨桿中的傳播規律

從錨桿應力波發射螺栓底端逐漸蔓延的過程中，當應力波傳播和界面波阻抗的變化，能量會立即重新分配，一部分能量通過接口向前傳播，這部分被稱為透射波；而另一部分的能量將直接反射回原介質，這一部分被稱為反射波。應力波反射法在無損檢測中的應用是利用反射波的振幅和相位特性以及相應的傳播時間，間接確定錨桿長度、缺陷位置和缺陷程度。

3.2 應力波在錨桿錨固體系中的衰減機制

應力波在錨固系統中逐漸傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸減弱。這種衰減現象稱為應力波的能量衰減。實驗表明，不同的介質、不同的傳播條件和不同的波形有不同的衰減系數。應力波的衰減機制非常復雜。復雜結構的相關介質分析比較困難。通常，衰減程度由測量結果直接評價。在應力波的實際傳播過程中，能量衰減主要分為三種形式：擴散衰減、散射衰減和吸收衰減。

4 應力波反射法在錨桿無損檢測中的應用

錨桿無損檢測技術做為一項錨固工程建設中的不可缺少的測量手段，對其要求也是十分高的。不僅要求具有準確的檢測結果，同時，它還需要有能力及時發現問題。因此，為了更深入地理解和應用錨桿檢測技術，有必要對錨桿支護技術進行全方位的認識。錨桿無損檢測技術是對錨桿施工過程中的實時跟蹤檢測，以便及時發現故障，及時改正和改進。

錨桿質量檢測是利用應力波反射法來實現的，其主要原理是一維的波，是錨桿和混凝土砂漿混合成近似的彈性桿嵌入巖石中的一維結構，和軸向位移是一個縱向坐標和時間這兩個變量的錨固作用，使用兩一階方程來表達，當材料的彈性波阻抗為更小的物體大，螺栓接口會產生反射，反射波與入射波的相位是相同的。另一方面，當彈性波從一個阻抗較小的材料轉移到一個較大的物質時，界面產生的反射波與入射波的相位相反。

另一方面，錨注的飽滿度與諸多因素有關，錨、砂漿、砂漿、圍巖、砂漿的粘結度等都是重要的影響因素。不同種類的波振和振波接受方式有著不同的波形特征、頻率以及衰減度的特點，通過對這些數據研究分析之后我們可以從中掌握到錨桿內部的注漿飽滿情況。通常情況下，如果螺栓有高的豐滿度，檢測波形較規則，反射的雜波小，頻率高，相對振幅小，衰減快。因此，反過來看。如果錨桿內注漿飽滿度不夠，則可以通過對反射時加以測量和計算，然后得出錨桿內缺陷的位置以及缺陷長度，還可以算出錨桿內部具體注漿情況。

對錨桿無損檢測技術的應用，在過邊坡施工過程中，測量分析研究邊坡支護、錨桿支護技術的廣泛應用對巖體穩定性的保護措施，挖掘，錨桿的質量直接影響著施工安全和施工進度。對于錨桿施工質量，應從多方面、多角度進行考慮。綜合分析具體的原因。通過模擬的手段，對工程巖石體進行試驗，得到一些各種質量問題的一些標準錨桿模型，然后在做好逐一的測量記錄研究之后，得出最為恰當的適合無損檢測技術系統，同時做好安全性的全面檢測，保證施工的質量安全。

在試驗中，首先要測量錨桿的標準波速和振幅。根據錨桿反射波的傳播時間波形確定錨桿注漿質量，確定錨桿彈性應力波在不同介質中的縱向應力速度。當對裸鋼進行測試時，可以將螺栓拋向空中。選用一些隔聲效果明顯的材料使錨桿與其他的介質分離，另一方面使震源和檢測波速儀器放到錨桿的這一邊。有必要通過類似錘擊的手段來測試波速在鋼筋里面的傳播情況及規律，測得的曲線在桿端形成清晰可見的反射波，傳播方式基本上與第一次播種相同。結果表明，波的傳播形式基本上是直線，即當鋼筋周圍的介質均勻時，沒有出現反射現象。

5 結束語

目前，錨桿質量無損檢測技術的研究已成為工程設計、施工和工程檢測過程中的一個熱點問題，充分體現了應力波反射法在工程中的作用、地位和應用前景。用應力波反射法檢測錨桿錨固質量是一種非常實用、有效的無損檢測方法。但由于錨固系統具有很強的復雜性，應力波在錨桿錨固系統中的傳播并不十分清楚，應力波反射法也存在一定的局限性。因此，將應力波反射法與其他先進的信號分析技術相結合。對錨桿錨固無損檢測研究過程中一個非常重要的發展方向。

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