抽水蓄能電站錨索無損檢測(cè)試驗(yàn)研究

嚴(yán)良平，周黎明，崔博濤，王柏林，蘆建剛

(1.新疆阜康抽水蓄能有限公司，新疆 烏魯木齊 830000；2.長(zhǎng)江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430010)

近年來，隨著我國(guó)水電水利工程建設(shè)的高速發(fā)展，根據(jù)近20 年相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：我國(guó)每年有3 000～3 500 km 的錨索被用在巖土邊坡[1]、地下洞室圍巖加固中。預(yù)應(yīng)力錨索通過為圍巖巖土體提供支護(hù)的作用，逐漸被作為解決巖土穩(wěn)定性問題的最直接、高效和經(jīng)濟(jì)的方法。預(yù)應(yīng)力錨索的應(yīng)用使巖土體內(nèi)部的軟弱結(jié)構(gòu)和一些潛在的破裂面的抗剪強(qiáng)度得到顯著的增強(qiáng)。

預(yù)應(yīng)力錨索錨固技術(shù)可以減輕結(jié)構(gòu)物自重，能夠保障施工安全和降低工程成本。錨索錨固技術(shù)更是在近幾十年的重大水利工程建設(shè)中發(fā)揮著不可取代的關(guān)鍵性作用。例如三峽工程的永久船閘高邊坡工程，通過使用4 000 多根高承載力的錨索來加固不穩(wěn)定塊體，極大地提高了其穩(wěn)定性和安全性[2]，兩河口水電站的右岸上壩公路4 號(hào)路K2+500?K2+600 的邊坡高山陡坡，采用4 400 束張拉力為2 000 kN 的預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)高陡邊坡進(jìn)行支護(hù)[3]。

隨著錨索錨固技術(shù)在水電水利等大型工程中的推廣使用，錨索錨固質(zhì)量逐漸引起了行業(yè)內(nèi)的重視。在預(yù)應(yīng)力錨索施工步驟中，設(shè)計(jì)為150 kN 或者更大的預(yù)應(yīng)力會(huì)在錨索張拉過程中加載，錨索中將有極大的勢(shì)能，如果錨索錨固質(zhì)量不佳，勢(shì)能在某一瞬間釋放，將會(huì)對(duì)工程安全性造成嚴(yán)重的后果，近十幾年也出現(xiàn)一些由于錨索質(zhì)量問題造成的工程事故和經(jīng)濟(jì)損失[4]。

錨索錨固工程具有復(fù)雜性和隱蔽性的特征，錨固質(zhì)量同時(shí)受地質(zhì)條件和施工質(zhì)量的影響[5]。所以錨索錨固質(zhì)量(錨索長(zhǎng)度、注漿密實(shí)度和完整性等參數(shù))檢測(cè)一直是業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的問題。目前，普及的檢測(cè)方法有2 種：張拉鎖定試驗(yàn)[6-7]和彈性波檢測(cè)技術(shù)。張拉鎖定試驗(yàn)周期長(zhǎng)、成本高，而且試驗(yàn)結(jié)果不能得到反映錨固質(zhì)量的(如錨固體長(zhǎng)度、注漿密實(shí)度等)關(guān)鍵性參數(shù)，試驗(yàn)過程復(fù)雜、實(shí)施難度大。而彈性波檢測(cè)是一種無損檢測(cè)技術(shù)[8-9]，具有快速、無損等特點(diǎn)，已經(jīng)在錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)中得到推廣和應(yīng)用。錨索和錨桿錨固質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)基本一致，但相比于錨桿，錨索結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。比如，錨桿長(zhǎng)度一般在10 m 以內(nèi)，而且錨索在一般如交通、礦山等工程中至少為30 m，在大型水電工程中，錨索的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，達(dá)到50～80 m。

在我國(guó)，從20 世紀(jì)90 年代開始錨桿無損檢測(cè)技術(shù)開始迅速發(fā)展，軟、硬件如相關(guān)規(guī)程規(guī)范和推廣應(yīng)用的商業(yè)性儀器都相應(yīng)研發(fā)出來。但是，錨索由于其特點(diǎn)，錨索無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展較為緩慢。近幾十年國(guó)內(nèi)對(duì)錨索無損檢測(cè)技術(shù)的研究主要集中在高校和科研院所的理論基礎(chǔ)研究，例如李青鋒等[10]基于錨索單向拉伸力學(xué)特征，建立縱向振動(dòng)力學(xué)模型，重點(diǎn)分析錨索體內(nèi)應(yīng)力波的傳播特征，并且在王莊礦進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，取得了一定效果；廖希彥[11]在某公路邊坡錨索檢測(cè)中，應(yīng)用了應(yīng)力波法檢測(cè)錨索長(zhǎng)度。目前對(duì)錨索長(zhǎng)度和錨固質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)主要采用應(yīng)力波法，并且開發(fā)了錨索無檢測(cè)儀[12-14]。在國(guó)內(nèi)行業(yè)中，礦山、交通等行業(yè)對(duì)錨索錨固質(zhì)量無損檢測(cè)技術(shù)的研究相較于其他行業(yè)而且較早[15-16]。

現(xiàn)階段，各種不同行業(yè)的邊坡、山體加固、隧道工程中的錨索施工工藝和長(zhǎng)度都有很大區(qū)別。其中，大型水電工程中的邊坡、隧洞施工的錨索長(zhǎng)度很長(zhǎng)，例如，新疆阜康抽水電站上庫邊坡的錨索長(zhǎng)度達(dá)60 m。目前廣泛應(yīng)用的錨桿無損檢測(cè)技術(shù)能否成功應(yīng)用到水利水電工程錨索檢測(cè)中，需開展進(jìn)一步研究，這對(duì)工程長(zhǎng)期運(yùn)行的安全也非常必要和緊迫的。

本文依托于新疆阜康抽水蓄能電站工程，對(duì)60～80 m 長(zhǎng)度的錨索錨固質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)研究，試圖得到錨索長(zhǎng)度、注漿密實(shí)度等錨固質(zhì)量參數(shù)。這對(duì)進(jìn)一步形成一套完整、成熟的包括現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)方法、后期數(shù)據(jù)處理和檢測(cè)資料評(píng)判準(zhǔn)則在內(nèi)的錨索錨固質(zhì)量檢測(cè)試驗(yàn)體系具有重要意義。

1 錨索質(zhì)量無損檢測(cè)原理

現(xiàn)擬采用基于彈性波波動(dòng)理論[17-18]的彈性波反射法開展錨索質(zhì)量無損檢測(cè)研究。

根據(jù)彈性波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和波動(dòng)力學(xué)理論，彈性波根據(jù)其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)和傳播方向的關(guān)系，可分為縱波、橫波和扭轉(zhuǎn)波等。其中，容易激發(fā)形成縱、橫波，質(zhì)點(diǎn)縱向振動(dòng)受錨索軸力影響大，質(zhì)點(diǎn)橫向振動(dòng)受錨索軸力影響小，但扭轉(zhuǎn)波的激發(fā)比較困難[13]。所以，根據(jù)應(yīng)力波在錨索中的傳播特性，錨索無損檢測(cè)主要利用縱波的傳播特征。震源采用在錨索外露段端頭激發(fā)瞬間沖擊力，產(chǎn)生縱波。激發(fā)的彈性縱波在錨索體內(nèi)的傳播過程中，當(dāng)入射波遇到有波阻抗差異的界面時(shí)，一部分波回反射回來形成反射波，一部分繼續(xù)向前傳播形成透射波。只要錨索體內(nèi)波阻抗界面兩側(cè)不分離，波阻抗界面兩側(cè)的質(zhì)點(diǎn)速度和應(yīng)力應(yīng)該相等，即滿足：

式中：vI為入射波波速，vR為反射波波速，vT為透射波波速，σI為入射波應(yīng)力，σR為反射波應(yīng)力，σT為透射波應(yīng)力。依據(jù)波動(dòng)面的動(dòng)量守恒原理，而且入射波傳播到波阻抗界面之前滿足：速度v+=0，應(yīng)力σ+=0，聯(lián)合式(1)、式(2)，可得：

式中：n為波阻抗比，其中，v1、v2分別為上、下層速度，ρ1、ρ2分別為上、下層的介質(zhì)密度；T為透射系數(shù)，F(xiàn)為反射系數(shù)，

由式(3)?式(6)聯(lián)合可得，1+F=T。

從透射系數(shù)公式可知，T始終為正，所以透射波和入射波始終同相，而反射系數(shù)F的正負(fù)由不同介質(zhì)的波阻抗大小決定。當(dāng)F>0 時(shí)，σR和 σI同號(hào)，并且|σT|>|σI|；當(dāng)F<0 時(shí)，σR和 σI異號(hào)，并且|σT|<|σI|，vR和vI同號(hào)；當(dāng)F=0 時(shí)，入射波傳播到波阻抗界面時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生反射，全部透射到第二種介質(zhì)。

彈性波反射法接收信號(hào)為入射波信號(hào)和經(jīng)過不同波阻抗界面的反射波信號(hào)。依據(jù)接收信號(hào)波形特征、反射波傳播時(shí)間、入射波和反射波的振幅和相位等信息，計(jì)算出錨索長(zhǎng)度、錨固段長(zhǎng)度以及注漿密實(shí)度。

錨索長(zhǎng)度計(jì)算公式[19]：

式中：Lt為錨固段長(zhǎng)度；Lr為自由段長(zhǎng)度；vmt為錨固段速度，vmr為自由段速度(錨固段為錨索體內(nèi)注漿與圍巖耦合良好的部位，自由段為未注漿部位，所以其傳播波速會(huì)有差異)；Δtt為錨固段底端反射波到時(shí)和入射波到時(shí)之差；Δtr為自由段底端反射波到時(shí)和入射波到時(shí)之差；Δft、Δfr分別為錨固段底部和自由段底部的反射波頻率之差。

也可采用如下公式：

式中：v為錨固體內(nèi)綜合傳播速度，Δt為錨索底端反射波到時(shí)和入射波到時(shí)之差。

2 錨索無損檢測(cè)試驗(yàn)

2.1 工程概述

本次試驗(yàn)場(chǎng)地為新疆阜康抽水電站下庫左右岸邊坡。設(shè)計(jì)用于邊坡加固處理的錨索一共300 束，錨索最長(zhǎng)為80 m，最大錨固噸位為2 000 t。截至2021 年5 月，右岸裂隙深層處理已完成錨索703 束，其中30 束錨索已完成張拉但未封錨，還有8 束錨索沒有施工。

下庫右岸裂隙深層處理區(qū)域?yàn)楸敬五^索無損檢測(cè)試驗(yàn)研究的試驗(yàn)區(qū)。利用其中4 束還未施工的錨索進(jìn)行無損檢測(cè)可行性研究，試驗(yàn)方法為彈性波反射波法(利用反射波信息)。通過以上試驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信號(hào)激發(fā)與接收方式、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及錨固體彈性波傳播波速等進(jìn)行系統(tǒng)研究。

本次試驗(yàn)使用的錨索為無粘結(jié)型。錨索分為4 個(gè)單元，4 根鋼絞線組成1 個(gè)單元。無粘結(jié)錨索同1 單元鋼絞線長(zhǎng)度一致，不同單元的鋼絞線長(zhǎng)度不同。本文定義鋼絞線長(zhǎng)度最長(zhǎng)的單元為第1 單元，依次為第2 單元、第3 單元，鋼絞線長(zhǎng)度最短的單元為第4 單元。采用隔離架分隔開各個(gè)單元，單元之間的距離為3 m。每個(gè)單元鋼絞線最底端2 m 的鋼絞線(為區(qū)別錨固段概念，本文簡(jiǎn)稱非自由段)護(hù)管被剝?nèi)ィ摻g線與砂漿直接耦合；鋼絞線其他部位護(hù)管被保留，砂漿和鋼絞線非直接接觸(簡(jiǎn)稱錨索彈性段)。錨索錨固段包含每個(gè)單元的2 m 長(zhǎng)非自由段和1 m 長(zhǎng)的彈性段，其長(zhǎng)度一般為12 m。有粘結(jié)錨索的施工方式為：無護(hù)管保護(hù)鋼絞線，灌漿時(shí)，先對(duì)錨固段進(jìn)行一次注漿，一定齡期后，再對(duì)錨固段和自由段同時(shí)進(jìn)行二次注漿，將整個(gè)錨索孔內(nèi)灌滿漿。

2.2 儀器設(shè)備安裝

編制錨索前，先對(duì)錨索傳感器進(jìn)行檢查，確定其性能完好。編制錨索時(shí)，在錨索鋼絞線外露端端頭安裝1 個(gè)錨索傳感器。本次選用無粘接錨索，表1 為錨索傳感器的安裝部位和錨索參數(shù)。圖1 為錨索傳感器安裝示意圖。

圖1 錨索傳感器安裝實(shí)物Fig.1 Installation drawing of anchor cable sensor

表1 錨索安裝情況Table 1 Installation of anchor cable

2.3 數(shù)據(jù)采集

本次試驗(yàn)儀器為樁基動(dòng)測(cè)儀，傳感器為專用錨索傳感器，傳感器為加速度型傳感器，靈敏度為151.8 V/g。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集方法為在錨索外露端端頭瞬間沖擊激發(fā)產(chǎn)生的彈性波振動(dòng)信號(hào)，信號(hào)在錨固體內(nèi)傳播，遇到波阻抗界面將發(fā)生波的反射和透射，安裝在每根鋼絞線附近的錨索傳感器接收到來自不同波阻抗界面的波動(dòng)信號(hào)，傳輸?shù)綐痘鶆?dòng)測(cè)儀，經(jīng)多次垂直疊加技術(shù)，能有效增強(qiáng)有效弱信號(hào)，壓制隨機(jī)干擾信號(hào)，提取不同深度界面的反射波信息，評(píng)價(jià)錨索錨固體長(zhǎng)度和密實(shí)度。

如圖2 所示，激振錘包括錘頭和錘體，錘頭是一個(gè)半球形鋼制球體，固定在錘體前端，所述激振錘用于敲擊錨索鋼絞線出露端，激發(fā)產(chǎn)生波形一致的振動(dòng)信號(hào)，多個(gè)錨索傳感器用于分別采集每根錨索鋼絞線因激振錘敲擊發(fā)出的多方位振動(dòng)信號(hào)，樁基動(dòng)測(cè)儀用于接收來自錨索傳感器采集的多方位振動(dòng)信號(hào)。

圖2 長(zhǎng)錨索信號(hào)采集裝置Fig.2 Schematic diagram of long anchor cable signal acquisition device

本次信號(hào)采集方式采用多方位布測(cè)和垂直疊加技術(shù)，能有效降低隨機(jī)噪聲，增強(qiáng)弱信號(hào)，并且達(dá)到將波速量化的目的，具有操作簡(jiǎn)單、多方位布測(cè)和多次疊加的功能，相比傳統(tǒng)的錨索檢測(cè)方法，本次試驗(yàn)所用裝置可以增強(qiáng)錨索錨固段底部弱信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多缺陷錨索的缺陷位置進(jìn)行快速定位，可以適用于多缺陷的長(zhǎng)錨索質(zhì)量無損檢測(cè)。

合格數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為：有效波形數(shù)大于3 條，并且波形一致性較好。圖3 為合格原始波形曲線，圖4 為1根鋼絞線重復(fù)性檢測(cè)的原始波形。從圖4 可以看出，測(cè)試波形穩(wěn)定性和一致性好。

圖3 合格原始波形Fig.3 Qualified original waveform diagram

圖4 重復(fù)性檢測(cè)波形Fig.4 Repeatability detection waveform

2.4 激發(fā)部位對(duì)比試驗(yàn)

本次試驗(yàn)，接收部位固定，即錨索傳感器安裝在錨索中的多根鋼絞線的外露端端頭，如圖5 所示。

圖5 彈性波反射法接收傳感器安裝Fig.5 Schematic diagram of installation of elastic wave reflection receiving sensor

激發(fā)[20]分別采用：在鋼絞線外露端端頭；在其他鋼絞線的外露端端頭激發(fā)(檢測(cè)方式仍為一激一收，只不過激發(fā)的鋼絞線和接收傳感器的鋼絞線不為同一根)；錨索托盤上激發(fā)。根據(jù)這3 種激發(fā)方式，開展試驗(yàn)研究工作。圖6 為同一束錨索中選取2 根鋼絞線進(jìn)行上述3 種激發(fā)部位的測(cè)試，并經(jīng)處理后的典型波形圖。圖6a 為直接在錨索鋼絞線外露端的測(cè)試波形，圖6b 為采用圖5 所示的在錨索鋼絞線外露段安裝一個(gè)傳感器安裝套管的波形，以使得傳感器和錨索鋼絞線耦合良好，更利于信號(hào)的接收，所以圖6b 的波形要優(yōu)于圖6a 的波形。圖6 中從左至右波形對(duì)應(yīng)的激發(fā)部位分別對(duì)應(yīng)在鋼絞線外露端端頭、在其他鋼絞線的外露端端頭和錨索托盤。從圖中可以看出：圖6a 中左邊第1 道波形在波形底部存在弱反射，而其他兩道波形中均無反射波，且右邊道波形中存在明顯的干擾信號(hào)；圖6b 中左邊道和右邊道波形，在波形底部存在明顯的反射波，中間道波形在對(duì)應(yīng)部位無反射波。以上研究表明：在鋼絞線外露端端頭激發(fā)采集方式獲得的信號(hào)能量最大，錨索托盤激發(fā)采集方式獲得的信號(hào)能量較大，但是采用錨索托盤激發(fā)會(huì)產(chǎn)生波在托盤中傳播，托盤和鋼絞線的交界面會(huì)產(chǎn)生反射波，此反射波為干擾波，所以托盤激發(fā)干擾較大，在其他鋼絞線的外露端端頭激發(fā)采集方式獲得的信號(hào)能量最小。因此，經(jīng)過對(duì)比，后期試驗(yàn)都采用在鋼絞線外露端端頭激發(fā)的采集方式。

圖6 接收部位相同、激發(fā)部位不同的典型波形Fig.6 Typical waveforms with the same receiving position and different excitation positions

必須要注意的是：在鋼絞線外露端端頭安裝錨索傳感器方式雖然信號(hào)能量強(qiáng)，但是激發(fā)方式采集到的信號(hào)計(jì)算得到的是單根鋼絞線的長(zhǎng)度，而不是整個(gè)錨固體長(zhǎng)度。應(yīng)該對(duì)整個(gè)錨固體內(nèi)的鋼絞線長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)才能得到準(zhǔn)確的錨固體長(zhǎng)度。

2.5 錨固體波速研究

通過使用同1 臺(tái)設(shè)備，設(shè)置相同的集采方式(信號(hào)激發(fā)和接收方式)和采集參數(shù)，對(duì)預(yù)埋的4 根錨索在不同時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)，此試驗(yàn)已知條件是錨索長(zhǎng)度，未知條件是波速，與下文3.7 節(jié)中的試驗(yàn)錨索不是同一批材料。

利用反射波到達(dá)時(shí)間和式(12)，獲得了不同階段的錨固體波速值，見表2。

從表2 可以看出，在錨索注漿前，錨固體波速最高，隨著注漿齡期增加，波速呈下降趨勢(shì)；在低荷載階段，波速隨著荷載的增加而下降；當(dāng)荷載達(dá)到最大加壓荷載的75%、100%時(shí)，1 號(hào)、2 號(hào)錨索錨固體波速開始增大，3 號(hào)、4 號(hào)錨索錨固體波速變化不大；張拉后7 d 錨索體波速又增大，該波速小于注漿前的錨索體波速，與預(yù)緊時(shí)的測(cè)試獲得的錨固體波速相當(dāng)。

表2 利用反射波到達(dá)時(shí)間計(jì)算的不同錨索錨固體波速Table 2 Calculation of wave velocity value of anchorage body by arrival time of reflected wave

2.6 錨固試驗(yàn)結(jié)果分析評(píng)價(jià)

利用4 束無粘結(jié)預(yù)埋錨索在張拉后7 d 測(cè)試的波形進(jìn)行分析。測(cè)試前，按封錨要求對(duì)錨頭長(zhǎng)度進(jìn)行切割處理，選擇單元標(biāo)志明顯的鋼絞線進(jìn)行了檢測(cè)。圖7 是對(duì)試驗(yàn)原始波形經(jīng)過處理后的波形圖。彈性波在錨索傳播過程中，會(huì)產(chǎn)生反射和透射，當(dāng)彈性波傳播到錨索體底部，為錨索體和圍巖的交界面，此時(shí)兩種介質(zhì)的波阻抗差異最大，此時(shí)在錨索底部出現(xiàn)的波形即為反射波。其中，圖7a 第1、第2 道波形為1 號(hào)錨索第1 單元的兩根鋼絞線的測(cè)試波形，第3、第4 道波形為1 號(hào)錨索第4 單元的兩根鋼絞線的測(cè)試波形；圖7b和圖7c 中第1?第4 道波形分別對(duì)應(yīng)2 號(hào)和3 號(hào)錨索的第1?第4 單元的各1 根鋼絞線的測(cè)試波形；圖7d 中第1 道和第2 道分別為4 號(hào)錨索第1、第2 單元的各一根鋼絞線的測(cè)試波形。

圖7 實(shí)測(cè)波形經(jīng)處理后的成果Fig.7 Results of processed measured waveforms

2.6.1 錨固長(zhǎng)度評(píng)價(jià)

理想灌漿情況下，針對(duì)單根鋼絞線，其內(nèi)部應(yīng)存在2 個(gè)界面，分別為鋼絞線非自由段的上部和下部(針對(duì)孔口方向)。界面之間如果存在波阻抗差異，則會(huì)引起反射波。非自由段的上界面是鋼絞線非自由段和彈性段的分界。由于鋼絞線非自由段直接與砂漿耦合，砂漿對(duì)鋼絞線非自由段的約束比對(duì)鋼絞線彈性段約束力大，因此，非自由段上界面應(yīng)存在波阻抗差異，會(huì)產(chǎn)生反射波。非自由段下界面為鋼絞線底端和圍巖的接觸面，其波阻抗差異取決于非自由段錨固質(zhì)量和圍巖質(zhì)量，波傳播到該界面可能會(huì)產(chǎn)生反射波，但由于傳播過程中存在能量的損失衰減，該反射波振幅可能較小。另外，兩界面距離較短，一般為2.0 m，兩界面引起的反射波可能相互疊加，難以區(qū)分。

由圖7 可知：所有鋼絞線的波形曲線在底部均只有1 個(gè)反射波。認(rèn)為該反射波為非自由段上下界面共同作用所引起的，讀取的時(shí)間為上界面反射波達(dá)到時(shí)間。這樣，計(jì)算的單根鋼絞線長(zhǎng)度應(yīng)為根據(jù)反射波到達(dá)時(shí)間計(jì)算的鋼絞線長(zhǎng)度與上下界面的間距(即非自由段長(zhǎng)度)之和。依據(jù)此理論計(jì)算錨索鋼絞線的長(zhǎng)度，計(jì)算結(jié)果見表3。

由表3 可知：基于彈性波反射法試驗(yàn)計(jì)算的鋼絞線長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度最大相差3.00 m，最小相差0.28 m。平均絕對(duì)誤差范圍為1.48～2.03 m。

表3 錨索鋼絞線長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果Table 3 Calculation results of cable strand length 單位：m

2.6.2 錨固段密實(shí)性評(píng)價(jià)

由表2 可知，沒有灌漿時(shí)，錨固體波速為5 400 m/s左右，隨著灌漿和灌漿齡期增加，錨固體波速降低，這說明，鋼絞線被砂漿握裹后，錨固體波速降低，并且密實(shí)度越好，波速越低。依據(jù)彈性波反射法的原理，波從波速大的介質(zhì)進(jìn)入波速小的介質(zhì)，反射波和入射波相位同相；相反，波從波速小的介質(zhì)進(jìn)入波速大的介質(zhì)，反射波和入射波相位相反(研究對(duì)象為錨固體，在此不考慮介質(zhì)密度對(duì)波速的微弱影響)。對(duì)于無粘結(jié)錨索，鋼絞線彈性段與砂漿非直接接觸，而鋼絞線非自由段直接與砂漿接觸，砂漿會(huì)導(dǎo)致非自由段波速降低更多，錨索錨固結(jié)構(gòu)示意圖如圖8 所示。在不考慮周圍巖體質(zhì)量情況下，若反射波與入射波同相，表明非自由段鋼絞線與砂漿耦合良好；反之，則表明非自由段鋼絞線與砂漿耦合不佳。如果考慮圍巖質(zhì)量對(duì)相位的影響，圍巖質(zhì)量由差變好，反射波與入射波相位會(huì)從同號(hào)變成異號(hào)。

圖8 錨索錨固結(jié)構(gòu)Fig.8 Schematic diagram of anchor cable anchoring structure

由圖7 可知：1 號(hào)和2 號(hào)錨索的反射波與入射波相位同號(hào)，則解譯為1 號(hào)和2 號(hào)錨索砂漿與鋼絞線非自由段握裹良好，注漿質(zhì)量較好；3 號(hào)錨索第1 單元的反射波與入射波相位異號(hào)，而第2、第3、第4 單元的入射波和反射波相位同號(hào)，則解譯為3 號(hào)錨索錨固段砂漿與鋼絞線握裹不佳，注漿密實(shí)度較差；4 號(hào)錨索第1 單元的反射波與入射波相位異號(hào)，第2 單元的反射波與入射波同相，則解譯為4 號(hào)錨索錨固段砂漿與鋼絞線握裹不佳，注漿密實(shí)度較差。

綜上所述：如果反射波與入射波相位同相，說明鋼絞線非自由段與砂漿耦合良好，而且反射波能量越大，注漿密實(shí)度越好；反之，如果反射波與入射波相位異相則表明圍巖質(zhì)量較好或者注漿質(zhì)量較差，而且反射波能量越大，表明圍巖質(zhì)量越好或注漿密實(shí)度越差。

3 結(jié) 論

a.提出基于彈性波反射法錨索無損檢測(cè)方法，采用預(yù)埋錨索傳感器，對(duì)錨索無損檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)激發(fā)部位、錨固體波速等方面進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，研究結(jié)果表明：該方法可以對(duì)錨索長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)并定量分析。

b.當(dāng)激發(fā)部位為安裝接收傳感器的鋼絞線時(shí)，接收信號(hào)振幅最大，錨索托盤時(shí)接收信號(hào)振幅其次，但干擾信號(hào)較大；錨索錨固體波速隨著注漿以及注漿齡期和張拉荷載的增加呈降低趨勢(shì)。

c.目前研究只能用彈性波反射法對(duì)注漿密實(shí)度進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果表明：如果反射波與入射波相位同相，說明鋼絞線非自由段與砂漿耦合良好，而且反射波能量越大，注漿密實(shí)度越好；反之，如果反射波與入射波相位異相則表明圍巖質(zhì)量較好或者注漿質(zhì)量較差，而且反射波能量越大，表明圍巖質(zhì)量越好或注漿密實(shí)度越差。

d.對(duì)于深部波阻抗界面引起的反射波，在經(jīng)長(zhǎng)距離傳播過程中的吸收衰減后，信號(hào)強(qiáng)度變得非常微弱，甚至沒有反射信號(hào)，從而影響判定結(jié)果，遠(yuǎn)距離傳播信號(hào)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理將是以后的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。