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在各类地下工程及边坡护理中,锚杆锚固技术已成为主要的加固手段,广泛应用于城市交通、水电站、隧道等工程施工中。在一定程度上来说,锚杆锚固的质量直接决定着整个工程的质量,而以前采用的拉拔检测技术因不能真实反应锚杆的质量,现已很少被采用。声频应力波反射法是锚杆工程质量无损检测的主要手段,也是市面上几乎所有锚杆检测仪器的基本检测原理。
声频应力波反射法借鉴了"小应变动力测桩技术"的理论,并基于一维杆件的弹性振动理论,将被测锚杆看作一维线性弹性杆,当锚杆顶端受到激励后产生应力波,应力波沿杆身传播过程中遇到不连续界面〔如:缩径、夹泥、孔洞、离析等〕和锚杆底面时产生反射波,通过检测和分析反射波的走时、幅值和相位特征,可以判断锚杆的长度及完整性。简单地说,这些都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。但是在运用该理论对锚杆进行工程检测评定时,经常会出现错判和漏判的现象。
经过采集并分析现场波形的实践过程中,发现错判和漏判的原因是由多方面引起的,主要有:1.现场施工过程中,激励信号主要是由人为锤击产生的,锤击震源的频率成分和幅度随机性很强,一致性不好;2.釆集时,一根锚杆只采集了5-6次波形,而有效的波形可能更少;3.分析时只是对某一次锤击波形进行分析,无法去除随机信号;4.有时采集波形杂乱,检测人员若无多年检测经验,难以识别判断。
基于声频应力波反射法的不足,目前已有一部分人开始探讨电磁波法做锚杆质量无损检测的理论可行性,但是目前都尚未付诸实施。浙江大学的吕福在教授在《基于磁致伸缩导波技术的锚杆新型检测方法设计》一文中,详细的说明了用磁致伸缩导波技术检测锚杆的完整理论基础和一些实验结果,在理论上证明了该方法的可行性。但是从实际工程实施中反馈来看,离工程应用还有些距离。主要问题在于:1.锚杆材质的不同对测量结果影响很大;2.检测装置设计较为复杂,激励信号的产生有很严格的要求,而接收到的信号又很微弱,通常需要放大4000倍才能做处理,这样电子电路中的内部噪声对测量数据影响很大;3.资料解释方法比较单一,基本都是在时域中看波形幅度做判断;4.只能对锚杆长度在一定范围内给出结果,不能对锚固质量做出准确的评价。
本文中详细的介绍了基于随机编码震源的锚杆检测仪的设计及其理论研究,改变以往对锚杆锚固无损检测的研究以单次触发和采集为依据的思路,参考通讯领域里的编码理论对现有的锚杆锚固质量检测仪迸行升级扩展。其操作过程为由操作人员发出采集命令,再由核心电路通知操作人员准备去产生随机编码信号,然后操作人员对锚杆激发声频应力波。与此同时信号采集电路采集从传感器接收来的数据,再把数据传输给核心电路,核心电路迸行快速智能计算后将计算结果反馈给操作人员。因此把整个系统分成了两个部分:信号采集部分和震源部分。
信号采集部分主要由处理器、采集卡和数据传输通道组成,实现数据采集、分析和显示功能,釆用内置A/D的高速单片机进行采集后通过FIFO通道把数据传输给处理器进行处理和显示的工作原理。激发震源采用发射机+大功率声波换能器方式,使用发射机将电压升起来后,通过大功率声波换能器把电能转换成震动能量。
作者首先利用现代电子技术合理选取电路设计方案,整套仪器设备信号采集电路和数据处理电路,然后在实验室里制作多根已知参数的锚杆模型,并利用仪器对其进行测量和分析,根据分析结果调整仪器的发射和釆集参数。然后将仪器在施工现场进行锚杆检测,并通过现场反馈情况和计算机模拟仿真的结果进行综合分析,确定了一种适用于现场使用的快速智能评价算法。
通过在湖北省恩施自治州鹤峰县境内的大垭隧道做的几组对比试验,证明基于随机编码震源的锚杆检测仪的可行性,也暴露出来了一些不足。比如仪器工作效率不高,现场测量质量和资料处理难度成反比,仪器功耗过大导致续航能力有限等。本文就试验体现出来的不足提出了自己的想法,再以后时间里进行完善。
本项研究提出的"编码震源技术"是参考通讯领域中的编码理论,在震源、采集和处理上对声频应力波反射法进行改进。采用带编码的电激发震源,以加快锚杆检测速度、降低施工强度、提高采集信号的信噪比,并通过编写智能评价算法达到对现场测量和后期处理给予一定的指导信息的目的,能在一定程度上克服错判和漏判。
声频应力波反射法借鉴了"小应变动力测桩技术"的理论,并基于一维杆件的弹性振动理论,将被测锚杆看作一维线性弹性杆,当锚杆顶端受到激励后产生应力波,应力波沿杆身传播过程中遇到不连续界面〔如:缩径、夹泥、孔洞、离析等〕和锚杆底面时产生反射波,通过检测和分析反射波的走时、幅值和相位特征,可以判断锚杆的长度及完整性。简单地说,这些都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。但是在运用该理论对锚杆进行工程检测评定时,经常会出现错判和漏判的现象。
经过采集并分析现场波形的实践过程中,发现错判和漏判的原因是由多方面引起的,主要有:1.现场施工过程中,激励信号主要是由人为锤击产生的,锤击震源的频率成分和幅度随机性很强,一致性不好;2.釆集时,一根锚杆只采集了5-6次波形,而有效的波形可能更少;3.分析时只是对某一次锤击波形进行分析,无法去除随机信号;4.有时采集波形杂乱,检测人员若无多年检测经验,难以识别判断。
基于声频应力波反射法的不足,目前已有一部分人开始探讨电磁波法做锚杆质量无损检测的理论可行性,但是目前都尚未付诸实施。浙江大学的吕福在教授在《基于磁致伸缩导波技术的锚杆新型检测方法设计》一文中,详细的说明了用磁致伸缩导波技术检测锚杆的完整理论基础和一些实验结果,在理论上证明了该方法的可行性。但是从实际工程实施中反馈来看,离工程应用还有些距离。主要问题在于:1.锚杆材质的不同对测量结果影响很大;2.检测装置设计较为复杂,激励信号的产生有很严格的要求,而接收到的信号又很微弱,通常需要放大4000倍才能做处理,这样电子电路中的内部噪声对测量数据影响很大;3.资料解释方法比较单一,基本都是在时域中看波形幅度做判断;4.只能对锚杆长度在一定范围内给出结果,不能对锚固质量做出准确的评价。
本文中详细的介绍了基于随机编码震源的锚杆检测仪的设计及其理论研究,改变以往对锚杆锚固无损检测的研究以单次触发和采集为依据的思路,参考通讯领域里的编码理论对现有的锚杆锚固质量检测仪迸行升级扩展。其操作过程为由操作人员发出采集命令,再由核心电路通知操作人员准备去产生随机编码信号,然后操作人员对锚杆激发声频应力波。与此同时信号采集电路采集从传感器接收来的数据,再把数据传输给核心电路,核心电路迸行快速智能计算后将计算结果反馈给操作人员。因此把整个系统分成了两个部分:信号采集部分和震源部分。
信号采集部分主要由处理器、采集卡和数据传输通道组成,实现数据采集、分析和显示功能,釆用内置A/D的高速单片机进行采集后通过FIFO通道把数据传输给处理器进行处理和显示的工作原理。激发震源采用发射机+大功率声波换能器方式,使用发射机将电压升起来后,通过大功率声波换能器把电能转换成震动能量。
作者首先利用现代电子技术合理选取电路设计方案,整套仪器设备信号采集电路和数据处理电路,然后在实验室里制作多根已知参数的锚杆模型,并利用仪器对其进行测量和分析,根据分析结果调整仪器的发射和釆集参数。然后将仪器在施工现场进行锚杆检测,并通过现场反馈情况和计算机模拟仿真的结果进行综合分析,确定了一种适用于现场使用的快速智能评价算法。
通过在湖北省恩施自治州鹤峰县境内的大垭隧道做的几组对比试验,证明基于随机编码震源的锚杆检测仪的可行性,也暴露出来了一些不足。比如仪器工作效率不高,现场测量质量和资料处理难度成反比,仪器功耗过大导致续航能力有限等。本文就试验体现出来的不足提出了自己的想法,再以后时间里进行完善。
本项研究提出的"编码震源技术"是参考通讯领域中的编码理论,在震源、采集和处理上对声频应力波反射法进行改进。采用带编码的电激发震源,以加快锚杆检测速度、降低施工强度、提高采集信号的信噪比,并通过编写智能评价算法达到对现场测量和后期处理给予一定的指导信息的目的,能在一定程度上克服错判和漏判。