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基于盒维数的锚杆锚固质量无损检测研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 本文选题的背景及意义

1.2 锚固质量无损检测技术的发展历程

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第二章 锚杆无损检测理论基础

2.1 应力波理论基础

2.1.1 应力波传播理论及振动特征

2.1.2 应力波在锚固介质中的反射、透射

2.2 锚杆锚固质量评价参数

2.2.1 应力波的衰减系数和幅值比

2.2.2 应力波的时域分析

2.2.3 应力波的频域分析

2.2.4 锚杆的锚固力和工作荷载

第三章 基于分形盒维数的无损检测理论基础

3.1 分形

3.1.1 分形的性质

3.1.2 分形维数及其计算方法

3.2 锚杆无损检测引入盒维数评价体系的理论研究

3.2.1 理论基础

3.2.2 计算模型

3.2.3 参数具体取值范围

第四章 盒维数计算程序的设计

4.1 程序编写语言——MATLAB简介

4.2 根据盒维数原理求分形维数的matlab程序

4.2.1 主程序

4.2.2 子程序

4.3 操作界面及计算步骤介绍

4.3.1 界面介绍

4.3.2 盒维数计算步骤

第五章 锚杆无损检测实验研究

5.1 实验概述

5.1.1 实验材料与设备

5.1.2 信号采集系统

5.1.3 锚固试件制作

5.1.4 实验步骤

5.2 光杆的实验研究及结果分析

5.2.1 光杆的实验研究

5.2.2 测试结果分析

5.3 锚固试件的实验研究及结果分析

5.3.1 锚固试件的实验研究

5.3.2 测试结果分析

5.4 曲线对比分析

5.4.1 曲线对比

5.4.2 实验总结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录A: 硕士研究生期间发表的论文

附录B:参与的科研项目

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摘要

锚杆作为支护手段,在众多的城市基础设施建设、地铁隧道桥梁等工程项目,以及矿井建设等工程领域中发挥着举足轻重的作用。它的工作状况影响着整个工程的进度,涉及安全性、稳定性等多方面。因此,如何对锚杆的工作情况进行检测,得到理想的结果及时进行修复显得尤为关键和迫切。目前来说,众多学者经过多年研究,在锚杆无损检测领域取得了一定的成果与进步,但难点就是如何准确快速识别底端反射,这个问题直接导致了他们的研究成果无法在实际中广泛应用。另外实验室研究的假设条件与实际中的工程应用有着较大的差别,现有的理论能否满足绝大多数的实际工程应用仍有待商榷。
  本文针对目前遇到的难题,对锚杆无损检测的理论基础做了深入的研究,对杆体内应力波的传播规律做了新的探索,对分形以及盒维数的原理和适用范围也做了深入探索。基于以上理论研究,将分形盒维数计算方法大胆的应用于锚杆无损检测工程领域,通过实验室研究,提出了合适的盒维数数学计算模型,利用MATLAB语言进行了相关计算程序的编写。最终通过实验研究,用采集到的数据进行研究发现了盒维数与锚杆工作荷载之间的关系,得出了相应的相应曲线,并且分析论证了该方法的可行性。通过本文的研究,在锚杆无损检测领域取得了如下的一些成果与进步:⑴建立了较为完整的锚杆锚固质量评价体系,提出了全面结合七个不同参数(衰减系数、幅值比、有效锚固长度、固结波速、频率比、基频及基频点的动刚度)合力判断锚杆锚固质量的方法;⑵研究了分形理论以及具体的盒维数理论,结合数学和实际应用两方面建立了详尽的数学计算模型,并且从理论上和适用范围两方面论证了锚杆无损检测与分形盒维数结合的合理性与可行性;⑶建立了分形盒维数的锚杆无损检测数学模型,利用MATLAB语言进行了程序编写,利用二者可以准确的计算出加速度响应曲线的盒维数数值大小,导入origin软件进行拟合,得出锚杆在荷载作用下激发收集到的响应曲线的盒维数与锚杆工作荷载之间的曲线关系;⑷不同的试件,拟合出的荷载----盒维数曲线趋势基本一致,都是先增大,到达峰值后减小。相同锚固参数的试件盒维数数值有差异,但是达到盒维数最大值的荷载相同;⑸通过荷载----盒维数曲线,可以直观的判断锚杆的锚固质量以及它的极限荷载:当盒维数数值位于最高点值前面的时候,可以认为锚杆还近似处于弹性变形阶段;当盒维数数值与最高点值相等或者非常接近的时候,可以认为锚杆处于锚固失效阶段。

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