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低频信号的锚杆动态响应特征研究

吕丹丹  
【摘要】:由于锚杆锚固技术在用于岩体、坝基、边坡、地下洞加固中,其施工方法简便、加固效果明显、经济效益显著,所以该技术已经广泛应用于水电、铁路、矿山、建筑、隧道等领域。锚杆锚固工程不仅受岩土工程条件、锚杆结构设计、锚杆与围岩体系的相互作用、施工以及专业技术水平和经验等关联因素的影响,而且锚杆的施工还具有高度的隐蔽性,发现质量问题难,事故处理更难,所以对锚固质量、锚杆的完整性和锚杆中应力状态进行实时监控是非常有必要的。 本文主要应用数值分析、实验研究、信号处理等方法来研究低频应力波在锚杆中的传播情况。一方面本文使用数值分析的方法来仿真锚杆锚固系统,并对结果进行分析。另一方面通过做试验得到试验数据及试验波形,使用信号处理方法对其进行特征值的提取,将特征提取所得数据及波形,用D-S证据理论对锚杆的质量进行判定。 1)数值分析:使用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件建立锚杆锚固系统的三维模型,对锚杆锚固系统中的低频应力波的传播和反射进行模拟,并对仿真结果进行分析。 2)锚杆检测试验:在锚杆顶端施加瞬态激振力,由安装在锚杆顶端的一个传感器接收反射信号。本试验共设计了四种不同材质锤头的小锤:铁头、铝头、尼龙加铁头和橡胶头,作为激励震源,对三根规格不相同的螺纹钢锚杆进行随机测试并采集信号。 3)信号处理:Hilbert-Huang变换是分析非线性非平稳信号最有效的新方法,已经逐渐应用到地震信号分析、语音信号分析,故障诊断等领域中。本文使用HHT法将试验采集到的信号波形进行特征值提取,去除信号中多余的噪声,并与小波变换方法去噪进行比较。 4)用HHT方法进行特征值提取之后的数据,为了能将其数据区分开来,采用用D-S证据理论的方法来诊断锚杆故障,其数据为有缺陷锚杆和无缺陷锚杆的两类数据。


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