推荐一种基于冲击弹性波的锚索长度测试技术

本帖最后由旭日东升于 2014-10-22 11:08 编辑边坡锚索的检测方法1.引言对于锚杆长度的检测，目前国内通常采用弹性波（包括声波）作为测试媒介，而最常用的方法即为声波反射法，声波反射法为动态无损检测方法，其基本实施方案是在锚杆顶端施加单冲式瞬态冲击力，激励产生弹性波信号，弹性波在杆体（或杆系）中传播并产生反射，安设在锚杆顶端附近的传感器接受反射信号，通过对反射波信号进行时域、频域分析，获得锚杆有效长度及锚固质量等工作参数。声波反射法作为一种无损检测方法,对锚杆、杆系及周围岩体不会产生破坏作用, 适宜进行大面积的检测，得到较为广泛的应用。

本帖最后由旭日东升于 2014-10-22 11:08 编辑

边坡锚索的检测方法

1.引言

对于锚杆长度的检测，目前国内通常采用弹性波（包括声波）作为测试媒介，而最常用的方法即为声波反射法，声波反射法为动态无损检测方法，其基本实施方案是在锚杆顶端施加单冲式瞬态冲击力，激励产生弹性波信号，弹性波在杆体（或杆系）中传播并产生反射，安设在锚杆顶端附近的传感器接受反射信号，通过对反射波信号进行时域、频域分析，获得锚杆有效长度及锚固质量等工作参数。声波反射法作为一种无损检测方法,对锚杆、杆系及周围岩体不会产生破坏作用, 适宜进行大面积的检测，得到较为广泛的应用。

但声波反射法在实际操作中，难免会受各种环境条件因素、信号激励因素等影响，导致长度测试精度达不到要求，甚至出现长度测试误判的现象。虽然该方法存在诸如此类的问题，在工程中仍在应用。而目前广泛应用的锚索长度检测也在借鉴这样的方法，大家都知道锚索往往比锚杆长的多，再使用此方法就难免过于牵强。在此特推荐一种基于冲击弹性波的锚索长度测试技术，该技术采用低频的弹性波，能量大，十分有利于测试超长边坡锚索等。

2.检测原理及设备

锚索质量的无损检测的基本理论依据为一维杆件的弹性应力波反射理论：在锚索顶部激发弹性应力波，当弹性应力波传播到锚索底部时由于锚索和锚索底部的岩石存在波阻抗差异, 将产生反射波回到锚索顶部。从而根据应力波的反射特性和振动衰减特性即可测试出锚索质量。

但由于以下原因，使得锚索的测试比锚杆的测试更加困难：

1) 锚索的长度可达60米，甚至更长；

2) 由于钢绞线的构造特点，弹性波在钢绞线中的衰减要远远快于锚杆中的衰减；

3) 锚头的型式更为复杂。

为此某公司历时多年，与国内外相关机构合作开发了一整套针对岩锚质量的解决方案和技术体系。

整个技术体系采用冲击弹性波作为测试媒介，并集成到一套测试设备中（岩锚多功能检测仪，SRB-MATS）。

图1岩锚多功能检测仪（SRB-MATS）

表1 仪器主要元器件

编号	名称	作用	备注
1	仪器主机	数据采集、处理等	内有A/D转换设备等
2	传感器	信号拾取	压电式
3	电荷电缆	信号传输
4	激振锤（锥）	信号激振	不同激振频率
5	自动激振源	信号激振
6	数据采集无线系统	数据采集无线操作

3.主要分析方法

众所周知，在锚索长度检测中，最重要的是要有效地提取反射信号，从而才能保证测试结果的准确性，因此，为了更加有效地提取锚索底部反射信号，保证测精度，我们开发和集成了一系列信号分析方法，主要有：

1）利用信号匹配技术以提高反射信号的识别精度；

2）利用积算平均、数值积分等方法以提高信噪比S/N；

3）利用高分辨力频谱分析的方法以提高对短锚索（杆）长度的分析能力；

4）信号增幅（TAR）；

5）速度积分；

6）自动分析与人工分析。

4.主要测试方法与步骤

在进行锚索长度检测时，需将锚索锚头部分清理干净，保证钢绞线露出：

1）将传感器S305M-16安装在对应的磁性卡座MDK C-2-6上；

2）将传感器接上电荷电缆，并将另一端（BNC）端口接入到仪器主机的端口上；

3）将带有传感器的磁性卡座平稳地粘贴在钢绞线的侧面，并保持传感器的轴线与钢绞线平行；

4）激振、采集有效波形；

5）数据解析等。

图2 测试示意图

【提示】锚索检测中，通常选取锚具中最上面一根钢绞线作为测试对象。

5.测试主要注意事项

相比于锚杆，锚索长度要长得多，比表面积也更大，因而锚索中激振信号的衰减要远大于锚杆中激振信号的衰减。所以，在锚索测试时，应注意以下事项：

1）获得良好的测试数据

（1）数据波形具有一定的强度（幅值）；

（2）数据波形波长较长且收敛较快；

（3）激振方向平行于钢绞线的轴向且激振力度不宜过大；

（4）可以利用不同直径的激振锤，以激发不同频率的信号；

（5）一定要防止2次激振。

2）提高S/N（信噪比）和反射信号的识别精度。

（1）合理地利用积分机能；

（2）合理采用增幅设置。

6. 结语

由某公司研发的岩锚多功能检测仪，在进行锚索长度检测时，具有测试原理清晰；设备简单、轻便；测试过程对锚索等结构无损伤；测试方便、快捷，对现场条件要求不高，适应性强；分析方法多样、可相互辅助验算，保证测试结果稳定、可靠等特点。其测试精度和效率达到工程要求，已在国内外众多工程中得到了实际应用。