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1、SCIT-PID-SRB-2014-01SCIT-PID-SRB-2014-01岩锚多功能检测仪岩锚多功能检测仪SRB-MATS-SSRB-MATS-S(YMJC 1.1)目录目录一产品描述.1二仪器参数.1三产品特点.2四发明专利.3五测试原理介绍.31.锚杆张力检测.32.锚杆长度测试原理.43.基于反射特性的灌浆密实度测试方法.64.基于振动衰减特性的灌浆密实度测试方法.9六产品功能.11七产品配置.11八部分工程案例.131岩锚多功能检测仪岩锚多功能检测仪SRB-MATS-S1产品描述产品描述该仪器主要应用于公路、铁道、水利、港口等大型工程建设项目的隧道、边坡锚杆，锚索的质量检测，可以
2、测试其张力，以及锚杆的长度，对灌浆密实度也可以进行定性的测试。在锚杆长度、灌浆密实度的测试中，采用了独特的降噪技术和反射信号提取技术，并获得国家发明专利（ZL200910082851.4） ；在锚杆（索）张力测试中，也采用了一种测试预应力锚固体系张力的无损检测方法，并获得国家发明专利（ZL200910177856.5） 。2仪器参数仪器参数1. 平台：小型一体化平台2. 显示 分辨率：液晶显示 1280*8003. 操作系统（主控系统）：windows4. 工作温度：-1050 5. 工作电压：12V，连续工作 8 小时以上（电池可更换） 26. 采样精度：浮点插值补偿至 24 位7. 最大采
3、集频率：500KHz,可调 8. 最小采样间隔：2us，可调9. 最大采集点数：20,000 个,可调10. 存储量：本机自带 60G 硬盘，可扩展11. 幅值测量级线性：0.3dB/6dB12. 采集器带宽：1Hz-30kHz(频带宽度)13. 声时长度不确定度：1.0%(锚杆长度大于 1m) 14. 激振方式：人工激振（激振锥、激振锤） ；自动激振（智能激振装置）15. 噪声处理：采用消减冲击弹性波激振残留信号以识别反射波信号的方法，平滑/LPF/BPF/HPF/合成增幅16. 统计处理：各种平均、偏差处理以及异常信号的自动抽取 17. 信号处理：积分处理、频谱分析、相关分析、积算处理18
4、. 图形处理：等值线、浓淡图19. 锚杆长度、灌浆密实度测试方法：按照相关规范20. 锚杆长度、灌浆密实度测试范围：最大 20m21. 锚索张力的测试方法：等效质量法（TTEM）22. 锚索张力的测试范围：需事前标定23. 锚索长度测试范围：0.5m-60m24. 激振方式：人工激振（激振锥、激振锤） ；自动激振（智能激振装置）25. 数据采集：支持触控、无线双操控，以及单点、连续双模采样26. 支持 GPS 定位（选配）3产品特点产品特点1. 功能强大：可测试岩锚杆（索）的长度、张力以及锚头附近的灌浆密实度等；2. 技术先进：兼容国内外多种技术和本公司独创技术，测试精度较高，操作简便、效率高
5、；3. 测试范围：从 1m60m，在条件理想时可达 100m；34. 性能可靠：主要元器件均由日美等国家进口，可靠性高，耐久性强；5. 技术支持：多个大尺寸的模型试验和现场测试，具备雄厚的技术支持能力；6. 操作简便：触摸屏与遥控操作双重选择，也可一人测试，效率高。四发明专利四发明专利1) 冲击弹性波激励残留信号的消减及反射信号的抽出技术，ZL200910082851.4；2) 一种测试预应力锚固体系张力的无损检测方法，ZL200910177856.5。五测试原理介绍五测试原理介绍1.1.锚杆张力检测锚杆张力检测长期以来，不少学者致力于预应力锚杆张力损失因素探讨，并有学者通过借鉴空悬锚索（如悬
6、索桥、斜拉桥）的张力测试方法试图测试岩体锚索自振频率与张力之间的关系来推算，张力越大，自振频率越高。等效质量法等效质量法埋入式锚索在锚头激振时，其诱发的振动体系并非固定不变，而是会随着锚固力的变化而变化。锚固力越大，参与自由振动的质量也就越大。4在此基础上，我们提出了基于“等效质量”原理的有效张力测试理论和测试方法。利用激振锤（力锤）敲击锚头，并通过粘贴在锚头上的传感器拾取锚头的振动响应，从而能够快速、简单地测试锚索（杆）的现有张力。2.2.锚杆长度测试原理锚杆长度测试原理在锚杆中间的某处的灌浆出现根据不密实现象时，相当于出现材料的不连续性。这种不连续性可以用机械阻抗来表示。 （一般用来表示材
7、料的机械阻抗，zCAz这里的是断面截面积） ）发生变化的边界面上，传播的弹性波会产生波的反射和透过。A1)基本理论基础：两种不同媒介垂直入射这是最简单的一种情况，例如在锚杆的底部，锚杆与周围岩体之间就存在较大的5阻抗差。此时，激振产生的弹性波的反射可以分析如下：图图 1 变变化的机械阻抗面化的机械阻抗面发发生的反射和通生的反射和通过过这里，表示单元 1 的粒子的运动速度（入射和反射） ，表示单元 21v1v2v的粒子的运动速度。在界面上产生弹性波的反射以及通过，可以表示如下：反射波： (1)1 2121 1vzzzzv透过波： (2)1 211 22vzzzv此外，反射波和透过波的大小用振幅率
8、来表示。振幅反射率： (3)2121| zzzzR振幅透过率： (4)2112 zzzT弹性波的反射和透过具有如下性质。(1) 媒介的机械阻抗相同（） ，那么就算材料不同，也不会产生波动；21zz (2) 两种媒介的机械阻抗相差越大，反射率也越大。对于锚杆检测而言，锚杆的先端是软弱土层时，其反射信号则要比先端是坚硬岩石时更为明显；(3) 在机械阻抗减少（）时，反射波和入射波符号相同（相位相同） 。21zz 当锚杆的先端是土层和松散岩体、混凝土时，其反射信号与激振信号同向，而在先端是坚硬岩石，其反射信号有可能与入射信号反向。1z2z 透透过过波波2v反射波反射波1v入射波入射波1v6充填良好：激
9、振信号呈充填良好：激振信号呈 指数快速衰减，持指数快速衰减，持续时续时 间间短短激振信号激振信号杆底反射信号杆底反射信号充填不良：激振信号不充填不良：激振信号不规则规则， ， 衰减慢，持衰减慢，持续时间长续时间长激振信号激振信号杆底反射信号杆底反射信号3.3.基于反射特性的灌浆密实度测试方法基于反射特性的灌浆密实度测试方法为了在提高测试精度的同时兼顾测试效率，因此我们采用了基于冲击弹性波的两种方法进行测试。具体请参考表 1。锚锚杆杆灌灌浆浆不不密密实实示示意意图图表表 1 锚锚杆杆灌灌浆浆密密实实度度测测试试项项目目一一览览表表测试方案测试方案方案简介方案简介备注备注基于反射特性在锚杆露出端上
10、激振与受信，根据反射信号的位置和强度来测试灌浆密实度理论上可测试整个锚杆的灌浆密实度，并能够进行缺陷定位基于振动衰减特性在锚杆露出端上激振与受信，根据残留振动的衰减特性来测试灌浆密实度可测试露出端部附近的灌浆密实度灌灌浆浆缺陷缺陷处处7锚锚杆杆灌灌浆浆质质量量无无损损检检测测示示意意图图充填良好：充填良好： 1） 杆底反射信号微弱杆底反射信号微弱 2） 之前无明之前无明显显反射反射激振信号激振信号杆底反射信号杆底反射信号充填不良：充填不良： 1） 杆底反射信号明杆底反射信号明显显 2） 之前有明之前有明显显反射反射激振信号激振信号杆底反射信号杆底反射信号缺陷反射信号缺陷反射信号基基于于反反射射
11、特特性性的的原原理理2)基本理论基础：中间有不同夹层的情况当一种材料中夹有另一种材料，例如在锚杆中有局部灌浆不密实的场合，在媒介1（）和媒介 2（）的两个交界处均会产生的透过和反射，如下1111Avz2222Avz式所示。当入射波是调谐波时，(5) )(sin)()(cos42 |222 22 1222 22 121 LkzzLkzzzz AET 其中， ：振幅的透过率（绝对值）T8：媒介-2 中的波数22/Vk：媒介-2 的长度L媒质媒质-1媒质媒质-1媒质媒质-2入射波入射波反射波反射波透透过过波波灌灌浆浆缺陷缺陷介入不同的媒介介入不同的媒介时弹时弹性波的反射性波的反射同样，可以得到振幅反
12、射率的绝对值：R(6)21 TR因此，在有不同媒介介入的场合下，(1) 反射（通过）率与频率相关，通常高频波容易反射。(2) 在特定的频率下,即nVfL VLLk2222也就是（7）fnVL22时反射波消失。通常，锚杆的 P 波波速约为 5.15.2km/s，若激振信号的频率为 5KH 时，对长度为 0.5、1、1.5 米左右的灌浆缺陷就会难以检测。3)基本理论基础：反射能量9如前所述，根据杆底反射信号的强弱也可以判断锚杆灌浆质量的好坏。而杆底反射信号的强弱可以用下式表示：（8）3210 AAB其中，：杆底反射信号的振幅、：基准点的振幅BA0A：因几何衰减造成的振幅比1：因材料粘性衰减造成的振
13、幅比2：因反射衰减造成的振幅比3其中，几何衰减和反射衰减是最主要的能量衰减。(1) 几何衰减（又叫扩散衰减）：激发的弹性波伴随传播距离的增加，前锋波面增大，单位面积的能量减小。在灌浆密实的锚杆中，弹性波沿着锚杆与灌浆料的接触面向四周逸散，因此其振幅与传播距离接近反比关系。另一方面，如果灌浆质量不好，弹性波无法从空腔部分向四周逸散，因此衰减较小；(2) 反射衰减：如前所述，杆底的反射与其前端的岩体的力学特性，以及与岩体的粘结程度有很大的关系。当然，岩体约坚硬，越小。34.4.基于振动衰减特性的灌浆密实度测试方法基于振动衰减特性的灌浆密实度测试方法在锚杆顶端激振后，会在锚杆上诱发振动。根据振动的特
14、性，也可以推断锚杆（特别是锚头附件）的灌浆质量。将锚杆有关的振动部分简化成一个振动系统后，其力学模型如下图所示。在锚杆顶部作用一个冲击力后，系统将产生自由衰减振动（即残留振动） 。F10振振动动分析模型分析模型当冲击时间较短时，可以把冲击力简化为一脉冲信号，其冲击力随时间的积分可以表示为：（9） 0)()()(dtttFF图图 2-2-8 脉冲信号脉冲信号简简化化图图其中，为德尔塔函数，具有以下性质：)(t（10） tttt :0)(:1)(在该脉冲信号的冲击下，振动系统的响应（即为自由振动或残留振动）可以表示为：（11）)1sin( )1 ()(22the KMhFtyht 其中：为角频率，
15、；MK /为反映系统刚性的弹簧系数；K为衰减比，；hKMch2为阻尼系数；c可以看出，衰减比直接影响到振动衰减的快慢。当灌浆质量好时，振动能量衰h减小，振动时间变长。11六产品功能六产品功能类别类别参数参数 噪声处理平滑/LPF/BPF/HPF/合成增幅 统计处理各种平均、偏差处理以及异常信号的自动抽取 信号处理积分处理、频谱分析、相关分析、积算处理 图形处理等值线、浓淡图测试内容锚杆灌浆质量测试方法反射法锚杆灌浆密实度测试范围最大 20m测试内容锚头张力（各锚索之和）测试方法等效质量法锚索张力测试范围需事前标定测试内容锚索、锚杆长度测试方法反射法锚杆、锚索长度测试范围锚杆长度 0.1-20m
16、,锚索长度 0.5- 60m7产品配置产品配置岩锚多功能检测仪岩锚多功能检测仪 SRB-MATS-SSRB-MATS-S序号序号部件名称部件名称规格型号规格型号数量数量备注备注一、仪器主体1仪器主机PC-B-011台含充电器2便携式仪器箱1个二、工具1加速度传感器S305M-16 3个2激振系统1套2.1自动激振系统1套2.1.1激振控制器1个2.1.2智能激振振源1套2.2人工激振系统1套123其他工具1套三软件系统1套四遥控笔无线采集1套五GPS 模块1套选配六附件1套七备品1套13八部分工程案例八部分工程案例1.部分案例一览表部分案例一览表岩锚多功能（岩锚多功能（SRB-MATS-SSR
17、B-MATS-S）一览表）一览表测试内容测试内容序序号号项目名称项目名称委托单位委托单位 长度长度密实度密实度锚索张力锚索张力测试测试地点地点测试测试时间时间1四川省甘孜州雅江县两河口水电站锚杆长 度中国水利水电第 16 工程局有限公 司四川甘 孜州2011.112某隧道锚杆长度甘肃省交通科学研究院有限公司甘肃兰 州2012.013某边坡锚索长度张力云南建科院云南昆 明2012.034永川岩锚长度中铁 8 局重庆永 川2012.045锚杆长度实验成都理工土木工程学院综合实验室四川成 都2012.046温岭隧道锚杆长度安徽公路检测中心安徽宁 国2012.047某隧道锚杆贵州交通科学研究院贵州贵
18、阳2012.058世园会工程现场青岛轨道市政检测中心山东青2012.0614岛9某基坑锚索长度成都建工四川成 都2012.0610某隧道锚杆福州岩土所福建福 州2012.0711锚杆长度福建省煤田地质岩土测试中心福建福 州2012.0712锚索长度贵州桥梁设计院贵州贵 阳2012.0813某边坡锚杆长度杭州市公路管理局检测试验中心浙江杭 州2012.0814某边坡锚杆长度杭州大正建设工程检测有限公司浙江杭 州2012.0815某水电站锚杆水电七局四川乐 山2012.1116某基坑锚索长度云南建筑科学研究院云南昆 明2012.1217某边坡锚索长度中交第一公路勘察设计研究院陕西2012.1218
19、某高速边坡四川交投广甘高速项目部四川广 元2013.219某隧道锚杆甘肃交科院陇南徽 县2013.420锚杆长度检测德阳禾力检测有限公司四川德 阳2013.0721某边坡锚索长度检测四川路桥贵州项目部贵州六 盘水2013.0922试验室内锚杆长度检测温州永嘉交通局浙江永2013.1015嘉23某在建住房边坡施工现场的锚索长度、密 实度、预应力检测福建林业勘察设计院福建福 州2013.1124煤矿矿井巷道内锚索（杆）长度检测皖北煤电集团山西下会煤矿山西2013.1125锚索检测武警水电四川康 定2014.0126广州梅大高速边坡锚索检测重庆交科院广州梅 州2014.0227贵州市惠水县索力检测贵
20、州顺康路桥贵州贵 阳2014.0228岩锚电话技术支持山东科技大学山东2014.0229某处边坡锚杆长度检测贵州交通科学研究院贵州贵 阳2014.0330岩锚灌浆质量检测中交第二公路工程局有限公司陕西西 安2014.0231锚杆质量检测中交四公局北京桥隧道分公司北京2014.0432锚杆质量、密实度、长度检测重庆市交通工程质量检测有限公司重庆2014.0833锚杆长度、密实度演示贵州路桥集团工程试验检测 有限公司贵州贵 阳2014.09162.2.部分工程案例部分工程案例测试地点：天津质检站锚固静载机张力实验测试地点：安徽高速锚杆长度检测17测试地点：天津北运河桥锚杆张力检测测试地点：昆明边坡锚索张力测试18测试地点：四川广元边坡锚索（杆）张力、长度、 灌浆密实度测试