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。用于岩土加固的锚杆如果存在的内部缺陷,往往具有很大的危险性,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。因此,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。 传统的静载荷检测方法难以满足工程实际对锚杆进行大面积检测的需要,而应力波法是一种无损检测方法,不会对锚杆产生破坏作用,适宜进行大面积的质量检测。本文在波动理论的基础上,运用复合材料观点,对岩土锚固体完整性检测进行了理论研究,并实现在计算机上锚固体缺陷的数值仿真,取得了如下一些主要成果: (1) 通过理论分析,研究了应力波在锚杆体内波动能量的外泄特征,研究了弹性波在锚杆、岩土介质及其耦合体系中的传播规律,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。 (2) 将锚固体中锚杆和砂浆近似看作各向同性体,应用复合材料的观点,建立砂浆锚杆在力学和物理上等效的一维匀质杆件模型。 (3) 在一维杆纵向波动的理论基础上推导出应力波在锚固体中传播的控制方程,并给出在其特定初值和边界条件下的解析解,分析了锚固体波速,基频,阻尼系数等参数对锚固体质量的影响。 (4) 对锚固体缺陷进行数值模拟,通过对控制方程的系数调整,可以模拟出不同缺陷锚固体的在冲击荷载作用下的力学响应,通过判读模拟的锚杆动测时程曲线,根据应力波的传播规律,确定锚固波速、基频、阻尼系数及有效锚固长度等参数,就可以对锚固体的锚固质量进行评价。 (5) 通过实际工程中模型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。采用本文模型的理论分析结果能较好地反映实际锚杆瞬态纵向动力作用特征、激振力函数、等效参数,对锚杆纵向