[发明专利]一种利用低频导波对锚杆工作载荷进行无损检测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用导波对锚杆的工作载荷进行无损检测的方法，可以现 场检测锚固锚杆的工作载荷，属于无损检测领域。

背景技术

随着采掘业发展，地下结构的稳定性问题日益引起了人们的关注，对于巷 道围岩稳定性检测的研究已发展到一个新的阶段，并有了不少成熟的技术，诸 如巷道表面收敛位移、深基点位移量测、围岩松动圈理论及检测，这些技术在 煤矿巷道围岩稳定性控制方面得到了广泛的应用。但这些对巷道结构围岩稳定 性的研究均以固体力学中的静力学为主要手段，以围岩变形为主要研究对象， 所采用的观察手段和仪器设备均以静态和准静态测试为主，这就导致了所获取 的反应围岩稳定性信息存在滞后性，也就决定了由此做出的围岩稳定性控制措 施和手段的被动性。

锚杆支护作为一种主动支护形式，被广返应用于巷道围岩的支护系统当中。 锚杆的工作载荷与围岩的地质构造、断面尺寸、锚杆布置参数等多种因素有关， 它是影响围岩稳定性的关键参数。通过对锚杆工作载荷的检测，能够直接、实 时地掌握围岩稳定性控制的核心-围岩应力的活动规律，从而有可能在巷道围 岩及其支护结构失稳、垮落之前，采取有效的加固措施，从而达到主动控制围 岩稳定性的目的。

在工程实际中，尚未形成一种有效的无损检测方法来测量锚固锚杆的工作 载荷。因此，对锚杆的工作载荷进行无损检测是对地下结构稳定性分析亟待解 决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决有效测量锚固锚杆的工作载荷的问题，提出一种 利用低频导波对锚杆工作载荷进行无损检测的方法。导波沿传播路径衰减很小， 可以沿构件传播非常远的距离，最远可达几十米。特别是低频导波，对于锚杆 的工作载荷变化敏感，并且低频导波在锚杆中的传播速度与工作载荷呈线性递 减关系，因此，低频导波检测能够对锚杆的工作载荷进行可靠而有效的检测。

本发明所采用的技术方案如下：

步骤一、使用低频导波信号，对待检测的锚固锚杆进行检测，确定出能清 晰地接收到端锚锚杆锚固段上界面反射回波时的激发导波频率f。低频导波信号 的频率范围为大于0kHz，且小于等于300kHz。

较佳的，所使用的低频导波信号的频率范围为20～100kHz。

步骤二、使用经步骤一确定出的频率为f的激发导波，检测与待检测的锚固 锚杆同一批次的另一根自由锚杆，由此确定出此频率的激发导波在该自由锚杆 中的传播速度V_f；

步骤三、使用经步骤一确定出的频率为f的激发导波，在未施加工作载荷状 态下，对待检测的锚固锚杆进行检测。根据激发导波在未施加工作载荷的端锚 锚杆自由段的传播时间t，及经步骤二确定出的传播速度V_f，确定出端锚锚杆自 由段长度L：

L＝(t×V_f)/2

由于低频导波在锚杆中传播时受界面影响较大，在特定的频率下，可以清晰地 得到导波在端锚锚杆锚固段上界面的反射回波，并测得导波在端锚锚杆自由段 的传播时间，与低频导波在自由锚杆中的传播速度既可求得端锚锚杆自由段的 长度。

步骤四、对待检测的锚固锚杆施加预紧力F′，其值由加载仪器读出，根据 经步骤三确定的端锚锚杆自由段长度L，及频率为f的导波在预紧力作用端锚锚 杆自由段的传播时间Δt_AB′，确定出该导波在预紧力作用端锚锚杆自由段的传播速 度V_f^F′：