[发明专利]一种利用锤击声学法对锚杆轴力监测的装置及方法

权利要求书

1.一种利用锤击声学法对锚杆轴力监测的方法，采用一种利用锤击声学法对锚杆轴力监测的装置，该装置包括上盖和下部托盘，上盖为空心圆柱结构，中间的通孔供锚杆穿过，在圆柱底部设有凹槽；下部托盘包括中空圆形托盘，圆形托盘上端部设有环形板，圆形托盘的中间通孔供锚杆穿过，环形板上方与上盖的下端相接触，上盖扣在环形板上，上盖和下部托盘之间形成空腔；

其特征在于：在对锚杆轴力进行监测时，首先将所述的监测装置安装到锚固结构中，当岩体的应力发生变化时，岩体对监测装置的作用力发生改变，当作用力增加时，环形板的弯曲变形增大，内部应力增大，环形板的固有频率发生变化；通过对环形板施加锤击力，使环形板自由振动，得到该受力状态下的声音频率，通过四种不同载荷区间的频率值，来判断锚杆承受的力是否属于安全值范围。

2.根据权利要求1所述的利用锤击声学法对锚杆轴力监测的方法，其特征在于：所述上盖和圆形托盘的中间设有通孔，通孔直径d=d₀+2mm，其中d₀为锚杆直径。

3.根据权利要求1所述的利用锤击声学法对锚杆轴力监测的方法，其特征在于：所述中空圆形托盘为中空圆柱形，圆柱的上端部与环形板沿锚杆的轴向距离为h=7mm，托盘与环形板接触处内部所成夹角α为40°，外部以半径R为17mm的圆弧进行过渡，环形板超出上盖外缘的宽度L为30mm，环形板板厚为1mm；上盖凹槽内径比中空圆形托盘的外径大2*a=10mm，上盖的壁厚为24mm，上盖凹槽底端壁厚为10mm。

4.根据权利要求1所述的利用锤击声学法对锚杆轴力监测的方法，其特征在于：所述的四种不同载荷区间为：

①初锚力F₀：锚杆安装时，螺母对锚杆会有一个初始预紧力F₀，此时环形板产生弯曲变形，环形板自由振动时，此时听到声音的频率为f₀；

②报警载荷F₁：报警载荷F₁，相对于破断载荷F₂提前了F₂-F₁，当锚杆的轴向力增加到F₁时，环形板发生进一步的弯曲变形，其内应力增加，环形板的固有频率随应力的增加而发生变化，环形板自由振动时，此时听到的声音频率为f₁；

③破断载荷F₂：锚杆所能承受的最大载荷为F₂，即锚杆轴力达到F₂时，锚杆会发生断裂；监测装置在F₂载荷下的最大应力σ_max应该小于材料的屈服强度σ_s；当锚杆的轴向力增加到F₂时，环形板发生进一步的弯曲变形，其内应力增加，环形板的固有频率随应力的增加而发生变化，环形板自由振动时，此时听到的声音的频率为f₂；

④失效载荷F₃：锚杆破断或锚固失效后，监测装置受力为F₃=0，此时环形板不发生弯曲，内部应力状态为零；环形板自由振动时，此时听到的声音频率为f₃。

5.根据权利要求1所述的利用锤击声学法对锚杆轴力监测的方法，其特征在于：所述监测方法中，应处于与监测装置轴线呈75度角范围内进行声音频率的测定。