[发明专利]基于常时微动技术的锚固质量无损检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下工程领域支护结构健康状态无损检测技术，具体地说是一种主要用于检测锚杆锚固质量的基于常时微动技术的检测方法。

背景技术

近年来，锚杆在地下工程支护领域获得了广泛的应用，对于降低支护成本和减少事故发挥了重要作用。由于锚杆埋置于围岩内部，属于隐蔽结构，其健康诊断以及支护作用评价较为困难。为了评估锚杆的支护作用和健康状态，目前主要有声波反射法和应力波反射法两种。

声波反射法根据声波在锚杆中的传播和反射情况，检测锚杆长度、钢材缺陷部位等，原理是通过已知的波速乘以回波时间来求解；应力波反射法根据应力波的反射规律，可测得端锚式锚杆自由段长度和锚固段长度。由于声波和应力波主要在锚杆内部传播，受围岩和锚固剂影响有限，所以不容易测定锚杆和围岩粘结的紧密程度。而且，上述两种方法都需要提供外部震源，测试过程繁琐，外力的不均匀性还会引起一定的误差。

锚固质量检测不仅包括上述锚杆长度和本身缺陷的检测，更重要的是锚杆与围岩粘结的紧密程度检测。锚杆与围岩粘结的紧密程度包括两项指标，即锚固剂的强度和密实度。这两项指标可以统一由围岩和锚固剂对锚杆的约束刚度来表征，而约束刚度对锚杆的常时微动特性有显著影响。因此，发明人提出了基于常时微动技术的锚杆检测理论，通过检测锚杆的常时微动特性来评价锚杆与围岩粘结的紧密程度。

目前，常时微动技术的应用领域限于地基、桥墩、隧道衬砌等混凝土结构的健康诊断。其原理是通过测试混凝土结构的微动数据来判断其本身的完整性及是否存在裂纹等缺陷。锚杆一般采用钢材制作，与混凝土的性质具有较大差别，锚杆的常时微动特性非常微弱，普通传感器无法测量。目前，基于常时微动技术进行锚杆健康状态诊断的技术未有报道。

发明内容

本发明的任务在于提供一种基于常时微动技术的锚固质量无损伤检测方法。其技术解决方案是：

一种基于常时微动技术的锚固质量无损伤检测方法，其特征在于包括以下步骤：

①设置微动信号检测处理系统；微动信号检测处理系统包括：两个高精度三向微动传感器、微动信号解调器与数据分析处理器；高精度三向微动传感器连接微动信号解调器，微动信号解调器连接数据分析处理器；数据分析处理器能实时显示接收数据，以及通过内置程序对收集到的数据进行后期处理；

②选择锚固质量完好，即锚固剂强度和密实度均符合要求的锚杆作为标准锚杆；将一个高精度三向微动传感器固定在标准锚杆的外露端采集锚杆的常时微动数据；将另一个高精度三向微动传感器固定在标准锚杆附近围岩的表面采集围岩的常时微动数据；将采集到的微动数据通过微动信号解调器传递给数据分析处理器；数据分析处理器通过数据处理，得到标准锚杆的常时微动特性参数和标准锚杆与围岩常时微动特性参数的离散偏差，将这两个数据作为评价指标和基准数据；

③将上述两个高精度三向微动传感器分别固定在需要检测的锚杆外露端和其附近围岩的表面；将采集到的微动数据通过微动信号解调器传递给数据分析处理器；数据分析处理器通过数据处理得到上述相应的两个数据；

④将待测锚杆的两个数据与上述两个基准数据进行对比分析，并根据分析结果对锚杆的锚固质量进行评估，评估依据是：待测锚杆与标准锚杆的常时微动特性参数越接近说明锚固质量越好；待测锚杆与围岩常时微动特性参数的离散偏差越小说明锚固质量越好，如果这个偏差接近或者小于标准锚杆的离散偏差，则认为锚杆质量符合要求。

本发明的原理是：锚杆健康诊断的一个重要方面就是锚杆与围岩粘结的紧密程度的判断，而锚杆与围岩粘结的紧密程度对锚杆的常时微动特性有显著影响。因此，提出了通过检测锚杆的常时微动特性来评价锚杆锚固质量的方法。该方法包括两个评价指标，即锚杆本身的常时微动特性参数和锚杆与围岩常时微动特性参数的离散偏差。显然待测锚杆与标准锚杆的常时微动特性参数越接近说明待测锚杆的锚固质量越好。另外，待测锚杆与围岩常时微动特性参数的离散偏差越小，说明两者之间的粘结越紧密，因而锚固质量也越好。

本发明的优势在于：1）本发明利用锚杆的自振微动信号，不需要外部震源，既简化了锚杆检测的步骤，又避免了外力不均匀引起的误差，抗干扰能力强，可广泛应用于隧道、边坡等领域锚固结构的健康检测。2）本发明通过检测锚杆的常时微动特性来评价锚杆与围岩粘结的紧密程度具有充分的理论基础。3）新方法的应用领域包括锚固结构施工完成后的质量检测及其长时间工作后性能检测。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：