基于FLAC_3D的输水隧洞锚杆无损检测研究_解红.pdf
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1、第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程 ,年月 ,解红基于 的输水隧洞锚杆无损检测研究水利科学与寒区工程,():基于 的输水隧洞锚杆无损检测研究解红(新疆伊犁河水利水电投资开发有限公司,新疆 伊犁 )摘要:考虑实际工程中锚杆无损检测的需求,基于 建模仿真模拟和理论计算的方式对某输水隧洞实际工程锚杆进行无损检测,得到结论如下:()锚杆最佳激振点在锚杆中心处,采集点位置无影响,综合考虑选用锚杆中心点作为激振点和采集点。()在锚杆中心点施加激振力可以很好得到锚杆自由端与锚固端的交界面,检验具有准确性。()根据主频值利用理论公式计算可知锚杆的极限锚固力为 ;工作荷载增大到一定值会破坏锚杆,使得锚固
2、质量断崖式下降。()数值仿真所得锚杆破坏值要小于理论计算所得值,但锚固质量随工作荷载的规律与理论计算一致。关键词:锚杆;应力波;无损检测;锚固力中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:作者简介:解红(),女,新疆伊宁人,高级工程师,从事水利工程建设管理。:。锚杆无损检测理论分析某输水隧洞设计输水流量,建筑物级别为级,洞长 ,最大埋深 ,隧洞为无压洞,进口高程 ,出口高程 ,纵坡 。隧洞断面为圆形,局部为马蹄形断面,洞径 ,采用现浇钢筋混凝土衬砌。主要地层岩性为黏土岩、砂砾岩、泥质砂岩、粉砂岩、硅质粉砂岩、变质化泥质粉砂岩、娟云母泥岩。现按照规范规定,需对其锚杆进行检测。锚杆无损检测原理
3、以往常用的锚杆锚固状态检测方法主要有两种,一种是间接检测,即用测力计采用锚杆支护的围岩进行压力监测,根据其数值变化规律判断锚杆的支护性能,但该方法易受到外界因素的影响,对不同环境的适应度较差。另一种是破坏性检测,该方法所得结果较为真实,但会对围岩造成无法修复的重大损坏,对其正常使用造成影响。而锚杆的无损检测技术完美融合了传统检测技术的优点,避开其缺点,从而得到了快速的推广和发展。锚杆的无损检测主要依靠应力波实现,其过程如下:在锚杆一端施加瞬态激振力,该激振力会沿着锚杆以应力波的形式向另一端传播。当锚杆为自由状态时,应力波的速度、振幅、频率均不发生改变;当应力波经过锚杆自由段和锚固段的交界面时,
4、会发生反射和透射,使得一部分应力波穿透交界面到达另一端,称该波为透射波,另一部分波则被反射回出发端,称该波为反射波。透射波在实际工程中难以被检测到,而反射波则可以通过在应力波出发端设置加速度传感器的方法测量,故常应用反射波信息对锚杆的锚固质量进行分析评价。锚固力无损检测方法探究通过对之前学者的研究成果进行总结可知,锚杆在锚固端达到极限值时,其锚固界面剪应力与锚固长度的关系如下图所述,锚固长度范围为摩擦区,该区域剪应力近似水平无变化,其值约为;锚固长度为塑性弱化区,该区域剪应力近似线性增大变化,在处剪应力达到峰值;锚固长度为塑性硬化区,该区域剪应力近似指数型减小变化;锚固长度为谈兴趣,该区域剪应
5、力先近似指数型减小变化,后减小速率变缓直至剪应力接近于。图锚固界面剪应力分布情况根据上图对锚固端极限锚固力进行推导,如式():.()()式中:为锚固段极限锚固力,;为锚固段直径,;为交界面剪切刚度,通过应力反射波信息分析得到,;为锚固界面完全脱离时的位移,;为开始脱离到完全脱离时的锚固段长度,;为锚固界面完全脱离时的剪应力,与围岩的压力有关;为锚固体弹性模量,;为锚固剂厚度,;为锚固端长度,。锚杆锚固力无损检测数值模拟研究 模型建立利用 有限查分软件建立输水隧洞锚杆的三维模型,根据工程实际情况,设置相应的锚杆直径为,总长度为 ,锚固孔直径为,深度为 。设置模型边界为无反射边界,所建立的有限差分
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