[发明专利]用于多缺陷长锚索质量无损检测的信号采集装置及方法

说明书

本发明公开一种适用于多缺陷长锚索质量无损检测的多方位信号采集装置及方法，该装置包括激振锤、多个锚索传感器、数据采集仪、电源、存储器、计算机，多个锚索传感器依次安装在每根锚索钢绞线出露端，锚索传感器的信号输出端与数据采集仪的信号输入端连接，数据采集仪的信号输出端与存储器和计算机连接，电源与数据采集仪连接。本发明采用多方位叠加式采集技术，能有效采集到微弱信号，并从复杂的波动信号中识别和提取这些有效的微弱信号，通过多方位采集可以准确的计算出各段波速进而识别多个缺陷位置，准确评价锚索锚固质量。

技术领域

本发明涉及应用地球物理学弹性波振动探测技术领域，具体是一种用于多缺陷长锚索质量无损检测的信号采集装置及方法。

背景技术

预应力锚索锚固技术在工程中得到了广泛，已成为岩土加固工程的主要支护方法。预应力锚索是指采取预应力方法把锚索锚固在岩体内部的索状支架，靠锚头通过岩体软弱结构面的钻孔锚入岩体内，将不稳定岩体与稳定岩体联在一起，从而改变岩体的应力状态，提高边坡不稳定岩体的整体性和强度。从锚索定义可知，锚索主要应用于已出现变形或对变形要求严格的工程部位，因此，锚索长度和锚固段灌浆质量是锚索施工质量控制的关键。锚索长度和注浆密实度施工属于隐蔽性工程，很难通过人工进行控制。我国研究者曾把未经检测的锚索比喻为工程中的“定时炸弹”。大量工程实践研究表明，锚索预应力达不到设计要求是预应力锚索结构失效破坏的最主要因素，而锚索长度和锚索注浆效果是影响预应力的两个主要因素，尤其是锚索结构体的长度。

目前，国内对于锚索锚固质量无损检测和评价主要采用传统的抗拔力试验。这种方法属于破坏性检测方法，可以检测锚固力参数，但不能检测锚索长度、锚索注浆密实度及锚索缺陷位置等关键参数。

相比传统的检测方法，无损检测具有经济、高效、实用等优点。近年来，在锚杆锚固质量无损检测方面，国内外提出了一种基于声波反射法的无损检测技术。该技术能提供锚固长度和锚固段注浆密实度，已在锚杆质量无损检测中得到了广泛应用，成为评价锚杆锚固效果的主要方法。建设部、国家能源局也相继制定了行业标准《锚杆锚固质量无损检测技术规程》(JGJ/T 182-2009)和《水电水利工程锚杆质量无损检测规程》(DL/T 5424-2009)。但是，锚索结构形式与锚杆不同，锚索由多根柔性钢绞线构成，其长度一般大于20m，比锚杆的长度大。锚索这种特殊结构形式使得常规声波反射法无损检测技术难以奏效。

常规的锚索无损检测面临以下问题：

①锚索都是由多股平行的碳素钢绞线按同一方向扭转捻制而成，该编索方式会使其周围的索线呈螺旋状，且在索体内形成缝隙，所以其内部的应力波传播方式更加复杂；

②锚索锚固结构一般都是内外两端共同锚固，中间部位为自由段。内锚固段中的锚索整体呈枣核状，使反射波与入射波之间产生夹角(相位差)，难以克服其二维效应。此外，内锚固段比较长且变阻抗界面较多，应力波传播时的能量衰减严重；

③锚索的锚固形式有单锚和集束群锚两种。单锚，即每个锚具仅锚固一束锚索，多见于矿山支护中；群锚，即多束锚索共同锚固在一个锚具上，多用于岩土工程。由于群锚中的各束锚索受力不均匀，无法测定其单束受力状况。即使是单锚锚索，因为它们在一定范围内会共同承载形成群锚效应，也会对受力特征方面的检测结果产生影响；

④在岩土工程中，锚索的使用长度都较长，最长甚至可达六十多米。锚索的使用长度越长，所需的检测深度越大，而随着检测深度的增加，应力波的衰减会越来越明显，这就加大了检测难度。

⑤常规的锚索无损检测中缺陷位置的识别都是假设锚索中只存在单一缺陷，采用单一方位布设传感器的方式采集信号，通过测定的平均波速来计算缺陷的位置。对于多缺陷的锚索，波速的离散性较大，采用平均波速只能当缺陷靠近底端时反应相应缺陷的位置，检测结果不够精确。