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锚杆锚固质量动力无损检测数值模拟研究

张东方  
【摘要】: 在隧道、采掘、高边坡和深基坑等工程支护中锚杆锚固技术得到了广泛的应用,其使用范围由较完整的围岩到破碎、松软岩体中的地下结构,直至煤层、土体中的结构。锚固技术的出现为支护方式的相关工程解决了技术难题,但是锚固质量若达不到工程要求,则将给工程带来不可估量的损失。检测锚杆锚固质量的方法主要有两种,一种是传统载荷试验法,一种是无损检测方法。传统载荷试验法是一种破坏性的检测方法并且不能大范围的检测;无损检测方法本身对锚杆不造成任何破坏并且可以大范围的检测而且检测方便、快捷。 本文首先介绍锚杆的分类和作用,全面的回顾和总结了国内和国外锚杆锚固质量检测技术的发展历程,讲述了应力波反射法的理论基础、一维波动理论和有限元法的基本理论。接着基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件建立了三维立体模型,模拟应力反射波在锚固体系中的传播和反射,针对不同的工况对应力反射波波形进行研究分析,总结应力波速和弹性模量的关系。本论文主要研究内容和结论如下: (1)阐述了应力波反射法检测的基本理论和动力有限元法的算法原理,为应力波数值模拟提供理论基础。 (2)建立锚杆三维有限元模型,根据实测锚杆波形对比分析进而验证利用ANSYS/LS-DYNA模拟锚杆评价锚固质量的可行性。为不同工况的分析研究提供依据。 (3)建立锚杆三维有限元模型,采用不同加载方向,根据不同方向接收应力波波形,得出最佳加载方向和最佳接收应力波方向。 (4)设置不同缺陷类型,总结应力反射波波形特征曲线的特点和分析要点,而后总结规律。 (5)研究锚固介质弹性模量的变化对锚杆应力波速的影响,总结规律。 通过锚杆的数值模拟,验证了应力波反射法检测锚杆锚固质量的有效性,为将来锚杆锚固质量的无损检测提供了参考,本文也分析了锚杆目前检测存在若干不足和问题,提出了今后需要研究、解决问题方法和努力的方向。


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