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锚杆锚固质量无损检测信号处理及可视化研究

董嘉  
【摘要】: 锚杆锚固质量的检测经历了从破损检测到无损检测的发展历程。随着现代无损检测技术的发展,以前既费工又费时的破坏性拉拔试验将被无损检测所代替。这种无损检测手段,既避免了对加固围岩产生较强的扰动,也不会影响锚杆对围岩的加固作用,并且使对锚杆受力情况进行实时监控成为可能。本文通过应力波检测理论对锚杆锚固状态进行了理论上的研究;利用信号分析方法对锚杆测试信号进行消噪,提取出了非平稳信号中的特征信号;基于MATLAB软件为开发平台,编写了锚杆锚固质量无损检测信号分析系统软件,实现了对锚杆锚固质量的智能评价;在煤矿井下进行了小规模的工业性试验,检验了信号分析软件的可靠性。本文的研究工作主要有以下几点: ①首先介绍了锚杆支护理论及锚杆在不同时期的受力情况。通过对应力波传播理论的分析,研究了应力波在锚固体系中的传播规律,得到了应力波在锚固体系中的衰减规律和能量分配规律,为锚杆锚固质量的检测提供了重要的理论依据。 ②锚固质量的优劣可以用有效锚固长度、幅值比、衰减系数、基频、频率比和动刚度六个指标进行评价。锚固结构中固结波速的大小,可以表明锚杆杆体与锚固剂的粘结强度的关系,并从另一个方面反映了锚杆的锚固质量。 ③利用小波分析、多分辨率分析和小波包等现代信号分析方法对测试信号进行分析处理,并在底端反射信号的识别方法中采用了一种基于相关性分析的信号检测方法。相关系数由测试信号上特定点的波包峰(谷)幅值来确定,将截取得到入射信号和相关系数构成一个主动检测信号,通过自适应滤波器输出我们需要的底端反射信号。 ④根据弹性波在锚固体系中的传播理论和信号分析理论,以MATLAB为开发平台编写了锚杆锚固质量无损检测信号分析系统软件,初步实现了锚杆锚固质量的智能评价,分析精度高,形象直观。 ⑤用无损的方法对现场锚杆的锚固质量和工作荷载进行检测,并实时评估和判断锚固质量。试验结果表明,锚杆无损检测方法能方便、快捷、准确的对锚固质量进行实时检测与评价。


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