bokee.net

博客

正文 更多文章

锚杆锚固质量的声波检测技术

锚杆锚固质量的声波检测技术的理论问题,可归结为不同边界条件下柱坐标下的波动方程的求解。原理上讲,在锚杆顶端所接收到的反射信号是施于锚杆顶端的瞬态激振力、锚杆围岩系统自身的振动特性以及传感器特性等因素的综合反映。但在众多因素中,锚杆围岩系统自身的振动特性是判断锚杆锚固质量优劣的决定性因素。因此,从理论上研究锚杆锚固系统在各种激振力作用下的振动特性是很重要的。此外,在运用信号处理手段分析和确定那些突变点或特征点与锚固质量的对应关系时,无论采用什么手段,都必须以正确的锚杆体系的理论正演计算为基础。由此可见,对锚杆锚固体系进行理论正演研究,对锚杆锚固质量的弹性波检测法的信号测试、处理和解释等有着重要的指导意义。

但是,由于问题的复杂性,锚杆锚固质量弹性波检测技术的理论研究工作目前进展不大。现行的理论研究工作基本上都是借鉴“小应变动力测桩技术”的理论:将锚杆视作一维弹性杆状体建立数学模型,考虑到激振力产生的纵波波长比锚杆半径大得多,因而忽略系统的横向位移,通过求解包含激振震源作用在内的纵向一维波动方程的解,获得锚杆系统的动力响应。而对于锚固介质和围岩的影响,现有的理论研究工作者大都是将其作为一个在纵方向上存在的粘滞摩擦阻力来考虑的[3]-[18]。

关于锚杆锚固体系一维问题的研究,目前大多数学者把主要精力都集中在围绕着如何更加合理地处理边界条件、或寻求更*的算法这类问题进行研究的。如2000年王成等人将锚杆在岩体中的一端的边界条件按非线性情况考虑,用摄动法求解线性波动方程,得到了锚杆体系的动力学方程的近似解[5];2002年杨湖等人利用等效模型的思想将围岩对锚杆的作用简化为一个线性弹簧和一个与速度有关的阻尼器,建立起锚杆围岩系统在瞬态激振下的一维阻尼波动方程,并求出了该方程在不同边界条件下的解析解[6];2003年许明等人通过将非齐次边界条件齐次化的方法,推导了一维非齐次波动方程在有界域情况下的解析解,同时也用有限元数值方法进行了计算[7]。简言之,目前锚杆质量弹性波检测的理论正演研究工作可以归结为一维非齐次阻尼波动方程在不同边界条件和初始条件下的求解。

前已述及,锚杆锚固体系下波传播问题是一个三维问题,其理论研究工作应归结为柱坐标下的波动方程的求解。但是很遗憾,到目前为止国内还没有人开展这方面的研究工作。究其原因,主要是问题的计算工作太复杂。即使不考虑锚杆杆头的影响和杆的长度有限等问题,也不可能得到柱状三层固体介质条件下波动方程的解析解。

关于这一问题,声波测井领域的很多工作可以借鉴,不过问题存在一定差别。声波测井技术研究的物理模型从井外只有地层的裸眼井发展到包括钢管、水泥层和各种胶结层的套管井,其理论研究也涉及柱状多层介质体系的声场计算问题,但与锚杆体系不同的是:声波测井涉及的柱状多层介质体系的*是流体,而锚杆体系的*是固体。众所周知,固体中的波传播现象比液体要复杂得多。因此,与声波测井理论问题相比,锚杆锚固质量检测的理论问题要复杂得多[19]-[32]。

对于*为固体圆柱的情况,早期仅限于单个圆柱波导的研究,主要侧重于自由边界波导中导波的频散分析。而对于在无限均匀固体介质所包围的固体圆柱的弹性波场研究所见不多。1996年,陈春雷等人就建筑桩基的弹性波检测问题,对无限均匀介质包围的单个圆柱形夹塞物的弹性波波场作了理论正演计算,并对此作了频散分析、临界折射纵横波和全波分析等方面的工作,取得了一些成果[33]-[36]。然而,对于柱状多层介质中的弹性波传播理论问题的分析计算并未涉及。此外,据国外文献检索,他们在此方面开展的工作也极少,大都是研究圆柱空壳模型中的波传播理论。即使有个别类似于多层固体圆柱的模型,但其问题的针对性也不同[37]-[40]。

分享到:

上一篇:锚杆锚固质量声波检测技术的现状分析

下一篇:锚杆锚固质量技术及应用现状