金属杆锚固系统中导波传播特性的试验研究

　　锚固技术已在水利工程、矿山坑道、铁路隧洞以及人防等工程铁路得到广泛应用。它是在围岩表面按一定距离、方向和深度钻孔插入金属杆,然后灌浆固定的一种方法。由此可见,金属杆对围岩有联结、组合和加固的作用,而金属杆的有效锚固长度和灌浆质量的优劣,直接关系到工程的安全与否。但由于多方面的原因,我国金属杆锚固质量及受力状态的检测仍然停留在利用液压千斤顶进行破坏性拉拔试验阶段。该种检测手段需耗费大量人力物力,更重要的是对经锚杆加固的岩体产生较强的扰动,降低了金属杆对围岩的加固作用,仅限于个别抽查。

　　因此,金属杆锚固质量的实时、快速和无损的检测成了地下工程及隧道施工中急需解决的一个重要课题。近年来,作者等人采用了反射应力波法来检测金属杆的锚固质量[1~4],但此法很难检测到金属杆底端的反射信号。英国Beard等人把金属杆视为波导,利用超声导波的方法对金属杆的锚固质量进行了比较深入的研究[5],但在国内应用导波的方法来检测金属杆锚固完整性的研究还鲜见报道,因此笔者试图通过对导波在金属杆中传播特性的试验研究与分析,来探析一下应用导波方法对金属杆锚固完整性实施无损检测的可行性。

　　1　试验装置

　　试验采用的导波是纵波模式,为了使室内试验数据的采集更加贴近于现场的应用,采用了集发射与接收于一体的换能器,试验装置示意图如图1所示。图中,杆1与2为自由金属杆,杆3~6均为端部锚固金属杆。其中杆3与4锚固段用环氧树脂作为锚固剂,而杆5与6(基本尺寸同杆3)的锚固段下半部分分别用水泥和环氧树脂作为锚固剂,而锚固段的上半部分则分别用环氧树脂和水泥作为锚固剂。岩体层是用水泥、砂石子、细黄沙和水四种物质按3∶4∶2∶1的比例混合而成的。所采用的环氧树脂型号为ET24Y23型A与B两种组分,其重量配比为3∶1。如图1所示,把直探头放置在粘有耦合剂的金属杆外露端面上,经数据线和数字化超声探伤仪相接。这样,就可以采集到不同频率的直探头分别对杆1~6进行检测时的反射波形。

　　2　试验参数的选择

　　锚固金属杆试验模型见图2,金属杆的有关参数如表1所示,为了更加全面地分析不同频率的纵

　　波对试验结果的影响,试验中采用了四种直探头型号,如表2所示。

　　3　试验数据的采集与分析

　　分别对杆1~6用表2中所列的四种不同频率规格的换能器进行了测试,结果如表3所示,表中的数据均是通过测试金属杆底端第一次反射点而计算得到的波速值。

　　通过对表3中的数据分析可以得出如下结论: