[发明专利]一种锚杆浇固长度的无损测算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用超声导波实现的锚杆浇固长度的无损测算方法，属于 无损检测领域。

背景技术

锚杆浇固技术广泛应用于矿业采掘和岩土工程中，锚杆的施工质量直接影 响着洞室或边坡的安全稳定。锚杆长度、浇固段长度、自由段长度是评价锚杆 施工质量评价中重要的指标，但锚杆施工属于隐蔽工程，常规方法如拉拔实验、 取岩芯等方法不但破坏构件，而且很难对其进行有效的检测，因此锚杆浇固质 量的高精度无损检测问题，目前已是地下工程、边坡工程设计与施工十分关注 的热点问题，也越来越成为实际工程和科学研究中急需解决的技术问题。

超声导波技术对锚杆施工质量的检测具有潜在优势。该技术只需在锚杆露 出的端部激励并接收超声导波，所接收到的信号包含了锚杆的整体性信息，因 而检测效率高，能够大大节省检测时间。因此利用超声导波技术对锚杆浇固质 量进行无损检测已被视为目前最优的锚杆施工质量无损检测方法，成为业内的 重要研究方向。目前国内外的研究成果主要是对锚杆完整性的无损检测进行了 初步试验与理论分析，所取得的进展主要体现在验证利用超声导波对锚杆检测 的可能性、研究超声导波在埋地锚杆中的传播特性等方面。

专利号为ZL200610078641.4名为“利用超声导波无损检测埋置于不同介质 中锚杆长度的方法”的中国发明专利和申请号为200710099588.0名称为“一种 检测埋置于不同介质中锚杆长度的方法”的中国发明专利申请，公开了一种利 用超声导波实施的对锚杆浇固长度无损检测的方法，该方法首先选取与埋于介 质中锚杆直径、材料、形状相同的自由锚杆，对自由锚杆进行频率扫描检测， 并绘制自由锚杆检测频率与第一次端面回波峰峰值对应曲线、自由锚杆检测频 率与第一次端面回波对应曲线；从自由锚杆检测频率与第一次端面回波峰峰值 对应曲线上任选一极大值所对应的频率作为实际检测频率；采用实际检测频率 对埋于介质中的锚杆进行检测，将检测所得的第一次端面加波峰峰值时间乘以 自由锚杆在该频率下所对应的每一次端面回波速度值，并除以2，即得到埋于介 质中的锚杆的长度。该方法至少存在五方面的不足：一、该方法采用了频率大 于2MHz的导波。在此频率下导波非常复杂，模式识别极为困难，对方法实施 结果影响很大；二、该方法以自由锚杆中的波速用作参考值，但注浆锚杆中的 波速与自由锚杆中的波速并不相同，其参考价值并不高；三、该方法没有考虑 到波速会随介质特性的变化而发生显著改变的事实；四、该方法并没有描述欲 检测的锚杆的具体部位是自由段、注浆段还是整个锚杆长度，技术方案不清楚； 五、该方法没有阐述由于传感器与锚杆之间接触所产生的接触面效应，甚至根 本就没有考虑其对锚杆检测的影响。综上所述，依该方法实施的锚杆无损检测 并不能得到可靠的结果，甚至该方法本身并不一定能够重复再现。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足提供一种利用超声导波实现的锚杆 浇固长度的无损测算方法。该方法能够工地现场方便实施、通过科学简便的计 算能够得到结果准确可靠的结果，所得结果精度满足所有工程项目的要求。为 实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种锚杆浇固长度无损测算法，利用超声导波在锚杆中传播时波幅与衰减 系数α间的函数关系计算实现，其特征在于：以两根与已浇固待测算锚杆相同的 自由锚杆作为对照锚杆，所述对照锚杆与已植入场地的已浇固待测算锚杆材料、 直径、加工方法相同；用与已浇固待测算锚杆相同的浇固材料与工艺以不同浇 固长度将两根对照锚杆分别浇固，并使用超声导波激励实验设备分别对已浇固 的对照锚杆进行频率扫描测试，获取锚杆反射回的信号进行小波包分析，分别 确定到达波包与回波包的平均振幅；根据所得平均振幅与对照锚杆的浇固长度 数据确定在既定测试条件下导波在锚杆浇固部分中传播时的衰减系数α；再以同 样的测试条件对已浇固待测算锚杆进行频率扫描测试，确定到达波包与回波包 的平均振幅，并根据所得平均振幅与衰减系数α数据计算得到已浇固待测算锚杆 的浇固长度。

由波的传播原理可知，波幅随着波传播的距离增大而衰减，表述式如下：

A＝A₀exp(-αx)

式中，A₀和A分别为起始点和距离为x处的波幅，α为导波传播的衰减系数。