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锚杆锚固技术在岩土工程界应用广泛,锚杆支护在实践中被证明是一种行之有效的锚固支护技术,目前被广泛应用于矿山井巷、交通隧道、水工隧洞和各类岩土洞室、基坑、边坡及建筑物加固补强等施工领域。但由于各种因素的影响,锚固系统往往存在许多缺陷。用于岩土加固的锚杆如果存在内部缺陷,往往具有很大的危险性,甚至造成巨大的经济损失。避免此种情况的出现,需靠性能优异、准确可靠、方便实用的检测技术来实现。锚固系统的缺陷识别,质量诊断以及实时检测、补强,一直是岩土工程界广泛关注的问题。在锚杆支护的锚固工程中,对锚杆锚固质量的检测研究成为一项十分必要和迫切的任务。
传统的静载荷拉拔试验检测方法是一种破坏性检测试验方法,难以满足工程实际对锚杆进行大面积检测的需要,而应力波反射法这种动力测试方法作为一种既简便经济又迅速可靠的锚杆质量无损检测技术,不会对锚杆产生破坏作用,适宜进行大面积的质量检测,研究和应用应力反射法检测锚杆质量的技术来弥补静载荷拉拔试验法是十分必要和具有重要意义的。
本文在应用波动理论的基础上,研究了应力波在锚杆体内波动能量的外泄特征,得到了弹性波在锚固体系中的衰减规律及传播机制,为锚杆锚固质量的无损检测提供了重要的理论依据;在一维杆理论研究的基础上,建立完整锚杆低应变纵向动力响应的数学力学模型,推导出完整锚杆在杆顶受稳态正弦激励时的时域解析解,并在此基础上得到了瞬态半正弦波激励条件下的的瞬态解析解;利用ANSYS 有限元程序进行数值模拟计算;通过实际工程中试验锚杆的实测波形和数值模拟动测曲线进行比较分析表明,理论曲线与实测波形基本吻合;建立了基于遗传算法优化的BP神经网络模型,利用经过训练的神经网络的泛化功能解决锚杆承载力预测和锚杆完整性预测问题,实现了对锚杆锚固质量智能化评价。
本文的应力波法锚杆无损检测理论还为声波测试技术在边坡工程、地下工程等施工过程以及后续管理中的超声监测、稳定性评价以及岩体强度预测、地应力测量等方面的应用提供可参考的理论依据。