锚杆无损检测(应力波反射法)原理

Ln ai
(式 1)
a i1
式中，ai，ai+1，为振动响应第 i 个t i 振 1 幅峰t与i 第 i+1个振幅峰值。样本中的极限承载力是
通过静载抗拔试验获得的。“国家体育总局航海运动学校经营用房及博物馆”工程位于青
岛市南海路6号，选取7根锚杆(图 2)的低应变动测及现场拉拔试验参数作为数据样本，其
图中，P为输入向量，R 为输入数，Q 为输入矢量(样本)，W1，b1和W2，b2分别为第 1 层、第2层神 经元的权值和阈值，S1，S2 分别为第 1 层、第 2 层神经元数，al和 a2 为输出向量。 本例中，R=5，Q=5，S1=7，S2=1。
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接收波的阻尼自振基频可通过测量接收波周期的方法来计算，或通过对实测响应的离 散傅氏变换获得。地层的等效粘滞阻尼系数的估计值为
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锚杆无损检测对比试验研究
锚杆施工属于隐蔽工程，水利水电工程锚杆多为全长粘结型锚杆，锚杆长度与锚杆饱 满度是锚杆质量重要指标。传统的锚杆抗拔力检测对锚杆的锚固力判断非常准确，但仍有 不足之处，一是抗拔力测试方法是一种破坏性检测。二是抗拔力并不能完全反映锚杆的锚 固状态。三是锚杆饱满度对锚固质量有较大影响，若注浆对钢筋的包裹不好，钢筋会很快 腐蚀而失去锚固作用。因此在传统抗拔力检测符合要求后，因锚杆饱满度不足造成崩塌的 事故仍时有发生。另外，传统的拉拔力检测也无法测出锚杆的实际长度，而锚杆无损检测 技术能够快速准确无损地检测锚杆长度与锚杆饱满度。
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锚杆的极限承载力预测在工程中的应用采用低应变动测的五个数据:锚固长度L、锚固
体的截面直径 R、阻尼自振基频 f1、锚固波速 C0和等效粘滞阻尼系数β，作为网络输入 层五个神经元的输入数据β,锚杆的极限承载力 Qu作为网络输出层神经元的期望输出，在 能达到同样效果的情况下使网络尽量简单，BP网络设有一个隐层。
元节点之间的输入、输出值结果如图4。经过训练后的 BP 网络就具有联想功能，可以对工
程锚杆极限承载力进行预测，输入需预测工程锚杆的小应变动测参数；计算 激活值；计算 LC层神经元的激活值。
LB层各神经元
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锚杆承载力预测值与现场拉拔试验所得值相差较小，说明本文所设计的网络 结构和所取的输入参数是适用的，具有代表性。人工神经网络预测能力与训练样 本集的选择有密切关系，样本集愈大，参数覆盖范围愈宽，则预测效果愈好。
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利用BP神经网络进行锚杆承载力智能预测
目前，在人工神经网络的实际应用中，绝大部分的神经网络是采用 BP 网络和它的变 化形式，它也是前向网络的核心部分。BP(Back Propagation)网络，即误差反向传播神经 网络，它是在模式分类器中用的最多的一种神经网络。锚杆承受拉力的能力，一方面取决 于预应力筋的截面积和抗拉强度，另一方面，则取决于锚固体的抗拔力。锚固体的抗拔力 事先不易准确确定，它与许多因素有关，如锚固体几何形状、传力方式、岩土体的渗透性、 灌浆压力及上覆层厚度等。当用一个含有丰富频率成份的信号作为输入对锚固系统进行激 励时，由于系统的结构组成及其它物理力学性质不同，对各频率成份的抑制和增强作用发 生改变，输出信号各频率成份的能量中，包含着丰富的信息，某种或某几种频率成份能量 的改变即代表了一种锚固状态。因此，在锚固质量的应力波探测中可用声时、幅值、波形 等声参数作为判断的依据，若再加上实测到的弹性波的频谱（振幅谱、相位谱、能量谱等） 资料，可以得到比用单纯弹性波速反映岩体结构状态更有效的资料。
分类
(1)木锚杆。我国使用的木锚杆有两种，即普通木锚杆和压缩木锚杆。 (2)钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。以水泥砂桨作为锚杆与围岩的粘结剂。 (3)倒楔式金属锚杆。这种锚杆曾经是使用最为广泛的锚杆形式之一。由于 它加工简单，安装方便，具有一定的锚固力，因此这种锚杆在一定范围内至 今还在使用。 (4)管缝式锚杆。是一种全长摩擦锚固式锚杆。这种锚杆具有安装简单、锚 固可靠、初锚力大、长锚固力随围岩移动而增长等特点。 (5)树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂，成本较高。 (6)快硬膨胀水泥锚杆。采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥加入外加剂 而成，具有速凝、早强、减水、膨胀等特点。 (7)双快水泥锚杆。是由成品早强水泥和双快水泥按一定比例混合而成的。 具有快硬快凝、早强的特点。
中5根(6～10 号)，用于训练样本,2根（1号、5号）作为检验样本，来验证利用训练好的BP
神经网络预测锚杆抗拔力。6～10号共 5 根锚杆的动测数据如表 1 所示：将样本集的数据
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无损检测技术近年来快速发展，柯玉军等人应用声波透射、散射和反射理论，提出了 预应力孔道灌浆密实度检测的方法; 宋克民采用双排列电阻率法实现对垂直铺塑防渗工程 施工质量进行无损检测，测量结果表明该方法是有效的; 董廷朋等人利用瞬变电磁法地下 隐蔽工程质量进行检测。在锚杆无损检测方面，国内外学者进行了大量研究并取得丰富成 果。郭世明等1995年至1998年在大朝山水电站采用应力波法对近千根锚杆进行了质量检测， 说明采用应力波法对锚杆质量进行检测是可行的。李义等人在实验室进行了圆桶内水泥、 树脂端锚实验和试块内水泥锚杆模拟夹层及离层实验，并对应力波在不同边界约束和轴向 拉伸荷载作用下锚杆中的传播规律进行了研究。在前人的研究基础上，采用波的时域、频 域分析及瞬态导纳法相结合的方法来检测锚杆的锚固质量，并且提出了运用有效锚固长度、 幅值比、基频、频率比、衰减系数及基频点的动刚度来衡量锚杆锚固质量的优劣。我国住 房和城乡建设部、国家能源局均发布了相关规程，但如何准确可靠地开展该检测仍需大量 实验去积累经验。
锚杆无损检测(应力波反射法)原理
小组成员： 高松
郑月敏
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目录
1、锚杆图片模型 2、简单的分类 3、利用BP神经网络进行锚杆承载力智能预测 4、锚杆无损检测
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锚杆支护实质上是把锚杆安装在巷道的围岩中，使层状的、软质的岩体 以不同的形态得到加固，形成完整的支护结构，提供一定的支护抗力，共同 阻抗其外部围岩的位移和变形。