典型约束条件下锚杆受瞬态激振时的位移响应衰减规律研究

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2017.04.026

黄金科学技术 ›› 2017, Vol. 25 ›› Issue (4): 26-32.doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2017.04.026

典型约束条件下锚杆受瞬态激振时的位移响应衰减规律研究

曾晟¹，周杰¹，孙冰 ²

1.南华大学核资源工程学院，湖南衡阳 421001；
2.南华大学土木工程学院，湖南衡阳 421001

收稿日期:2017-03-24 修回日期:2017-07-10 出版日期:2017-08-30 发布日期:2017-10-30
作者简介:曾晟（1977-），男，湖南桃源人，副教授，从事矿山岩石力学教学与科研工作。usczengs@126.com
基金资助:
国家自然科学基金项目“加锚层状洞室围岩中爆炸扰动效应的作用机制研究”（编号：51204098）和湖南省科技厅重点研发计划“爆炸应力波对复杂节理巷道围岩的扰动效应”（编号：2015SK2058-4）联合资助。

Study on Attenuation Law of Displacement Response of Bolt Subjected to Transient Excitation Under Typical Constraint Conditions

ZENG Sheng¹，ZHOU Jie ¹，SUN Bing²

1.Nuclear Resources Engineering College，University of South China，Hengyang 421001，Hunan，China；
2.School of Civil Engineering，University of South China，Hengyang 421001，Hunan，China

Received:2017-03-24 Revised:2017-07-10 Online:2017-08-30 Published:2017-10-30

摘要/Abstract

摘要：

为了研究锚杆在典型约束条件下受瞬态激振作用的响应特征，假定锚杆受激振动的范围均在弹性限度内且截面保持为平面、材料均匀各向同性，基于一维波动理论，根据达朗贝尔原理引入抗剪刚度和摩擦阻尼系数建立锚杆受激振动的波动方程。在求解过程中，引入狄拉克δ函数，运用特征值法得到两端自由和一端自由一端固定2种边界条件下锚杆的位移、速度和加速度场的解析解。分析锚杆受激振时的位移、加速度响应曲线，结果表明：因阻尼影响，一端固定一端自由的锚杆受瞬态激振时位移响应的衰减比两端自由的锚杆要快；另外，受锚杆侧向阻尼和抗剪刚度影响，一端固定一端自由的锚杆加速度响应振动幅值比两端自由状态下低大约4个数量级。

关键词: 锚杆, 瞬态激振, 低应变, 约束条件, 响应程度, 动力特征

Abstract:

In order to study the response characteristics of the anchors subjected to transient excitation under typical constraints，it is assumed that the vibration of the anchor rod is within the elastic limit and the section is kept as the plane，materials are homogeneous and isotropic.So，based on the one-dimensional wave theory，the wave equation of the vibration of the anchor is established by the shear stiffness and friction damping coefficient，according to Darren Bell principle.Introducing Dirac function，the analytical solution of the displacement，velocity and acceleration field of the anchor was obtained by using eigenvalue method for solving wave equation.By analyzing the displacement and acceleration response curve of the anchors under exciting vibration，following conclusions were drawn.The displacement response of one end fixed and another end free anchor is faster than both end free anchor.In addition，influenced by lateral damping and shear stiffness，the vibration amplitude of the acceleration response of one end fixed and another end free anchor is lower than both end free anchor about 4 orders of magnitude.

Key words: anchor, transient excitation, low strain, constrained condition, response extent, dynamic charac- teristics

中图分类号:

TU459

曾晟，周杰，孙冰 . 典型约束条件下锚杆受瞬态激振时的位移响应衰减规律研究[J]. 黄金科学技术, 2017, 25(4): 26-32.

ZENG Sheng，ZHOU Jie，SUN Bing. Study on Attenuation Law of Displacement Response of Bolt Subjected to Transient Excitation Under Typical Constraint Conditions[J]. Gold Science and Technology, 2017, 25(4): 26-32.

参考文献

［1］ Thurner H F.Bolt meter-instrument for non-destructive testing of grouted rock bolts［C］.2nd International Symposium on Filed Measurement in Geomachanics，Balkema，Rotterdam，ISBN 9061917786，1988：135-143.
［2］ Wu R，Xu J H，Li C，et al.Stress wave propagation in supporting bolts：A test for bolt support quality［J］.Rock Mechanics and Mining Sciences，2012，22（4）：567-571.
［3］ Sun B，Zeng S，Guo S S，et al.Variation characteristics of stress wave speed for anchorage system under instantaneous excitation［J］.Geotechnical and Geological Engineering，2015， 33（3）：751-757.
［4］ Li Zhihui，Li Liang，Li Jiansheng.Stress wave method on nondestructive testing of anchor bolts［J］.Science of Sur- veying and Mapping，2009，34（1）：205-206，151.［李志辉，李亮，李建生.应力波法锚杆无损检测技术研究［J］.测绘科学，2009，34（1）：205-206，151.］
［5］ Wang M W，Wang H L.Nondestructive testing of grouted bolts system［J］.Chinese Jounal of Geotechnical Enginee- ring，2001，23（1）：109-113.
［6］ Liu Haifeng，Li Yi.The laboratory study about the occurrence of bottom reflection by dynamical testing about rock bolt bonding integrity［J］.Journal of Taiyuan University of Tech- nology，2000，31（4）：440-443. ［刘海峰,李义.应力波反射法锚杆底端反射显现规律的实验研究［J］.太原理工大学学报，2000，31（4）：440-443.］
［7］ Xu Jinhai，Zhou Baojing，Wu Rui.Non-destructive test for bolting support in coal mines and its application［J］. Journal of Mining & Safety Engineering，2010，27（2）：166-170.［徐金海，周保精，吴锐.煤矿锚杆支护无损检测技术与应用［J］.采矿与安全工程学报，2010，27（2）：166-170.］
［8］ Beard M D.Guided Wave Inspection of Embedded Cylindrical Structures［D］.London：University of London，2002.
［9］ Beard M D.Lowe M J S.Non-destructive testing of using guided ultrasonic waves［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2003，40（4）：527-536.
［10］ He Cunfu，Sun Yaxin，Wu Bin，et al.Application of ultrasonic guided waves technology to inspection of bolt embedded in soils［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2006，28（9）：1144-1147.［何存富，孙雅欣，吴斌，等.超声导波技术在埋地锚杆检测中的应用研究［J］.岩土工程学报，2006，28（9）：1144-1147.］
［11］ Sun Yaxin，He Cunfu，Wu Bin，et al.Application of ul- trasonic guided wave technique in inspection of threaded steel bolt［J］.Geotechnical Investigation & Surveying，2008（4）：68-71.［孙雅欣，何存富，吴斌，等.超声导波技术在螺纹钢锚杆检测中的应用研究［J］.工程勘察，2008（4）：68-71.］
［12］ Cui Jiangyu，Sun Yaxin，He Cunfu.Application of low fre- quency ultrasonic guided waves on inspection of full- length-bonding resin bolt［J］.Engineering Mechanics，2010， 27（3）：240-245.［崔江余，孙雅欣，何存富.全长粘结型树脂锚杆低频超声导波检测应用研究［J］.工程力学，2010，27（3）：240-245.］
［13］ Zhang Shengli，Zhang Changsuo，Wang Yintao.Analysis of nondestructive testing method for anchorage quality［J］.Safety in Coal Mines，2014，45（5）：212-215.［张胜利，张昌锁，王银涛.锚杆锚固质量无损检测方法分析［J］.煤矿安全，2014，45（5）：212-215.］
［14］ Zou D H，Cui Y，Madenga V，et al.Effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts［J］.International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences，2007，44（6）：813-819.
［15］ Zhang C S，Zou D H，Madenga V.Numerical simulation of wave propagation in grouted rock bolts and the effects of mesh density and wave frequency［J］.International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences，2006，43（4）：634- 639.
［16］ Bao Xiankai，Liu Huanhuan.Nondestructive testing of rock bolts based on stress wave method［J］.Opencast Mining Tech-nology，2015（1）：58-61.［鲍先凯，刘欢欢.基于应力波法的锚杆无损检测［J］.露天采矿技术，2015（1）：58-61.］
［17］ Kou Lintian，Wu Jian，Xue Zefeng，et al.Study on stress wave detection technology of tunnel anchorage quality［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2010，6（2）：391-395.［寇林田，吴剑，薛泽峰，等.隧道锚杆锚固质量的应力波检测技术研究［J］.地下空间与工程学报，2010，6（2）：391-395.］
［18］ Xue Daocheng，Wu Yu，Zhang Kai.Experimental study and application on non-destructive testing of bolt axial force in coal mine［J］.Journal of Mining & Safety Engineering，2013，30（3）：375-379.［薛道成，吴宇，张凯.煤矿锚杆轴向受力无损检测试验研究与应用［J］.采矿与安全工程学报，2013，30（3）：375-379.］
［19］ Wang Meng，Li Yi，Dong Jia.Stress wave nondestructive testing method of rock bolt and field experimental study［J］.Coal Technology，2013，32（1）：203-204.［王猛，李义，董嘉.应力波法锚杆锚固质量无损检测现场实验研究［J］.煤炭技术，2013，32（1）：203-204.］
［20］ Yang Yong，Zhang Dongfang，Wang Yunsheng.A study for nondestructive testing of bolt-anchoring quality［J］.Chinese Journal of Engineering Geophysics，2010，7（3）：387-389.［杨勇，张东方，王运生.锚杆锚固质量无损检测理论研究与应用［J］.工程地球物理学报，2010，7（3）：387-389.］
［21］ Chen Jiangong，Zhang Yongxing.Analysis on characteristics of dynamic signal for bolt anchorage system［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2008，30（7）：1051- 1057.［陈建功，张永兴.锚杆系统动测信号的特征分析［J］.岩土工程学报，2008，30（7）：1051-1057.］
［22］ Chen Jiangong，Hu Junqiang，Zhang Yongxing.Identification of surrounding rock quality based on dynamic testing technology of integrated anchor［J］.Rock and Soil Mec- hanics，2009，30（6）：1799-1804.［陈建功，胡俊强，张永兴.基于完整锚杆动测技术的围岩质量识别研究［J］.岩土力学，2009，30（6）：1799-1804.］
［23］ Ren Zhimin，Li Yi.Analysis of detection signal and realization on evaluation system of bolt anchoring quality based on sound wave testing［J］.Journal of China Coal Society，2011，36（1）：191-196.［任智敏，李义.基于声波测试的锚杆锚固质量检测信号分析与评价系统实现［J］.煤炭学报，2011，36（1）：191-196.］
［24］ Li Yi，Zhang Changsuo，Wang Cheng.Study on several key issues in nondestructive detection of bolt bonding integrality ［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics Engineering，2008，27（1）：108-116.［李义，张昌锁，王成.锚杆锚固质量无损检测几个关键问题的研究［J］.岩石力学与工程学报，2008，27（1）：108-116.］
［25］ Sun Bing，Zeng Sheng，Ding Dexin，et al.Relationships between stress wave velocities in anchorage system and material of anchorage medium［J］.Journal of Disaster Pre- vention and Mitigation Engineering，2013，33（3）：305-310.［孙冰，曾晟，丁德馨，等.锚固系统与锚固介质材料中应力波波速的关系［J］.防灾减灾工程学报，2013，33（3）：305-310.］
［26］ Sun Bing，Zeng Sheng，Ding Dexin，et al.Research on transmit rules of stress wave with low strain in dynamic test pile and anchorage bolt［J］.Rock and Soil Mechanics，2011，32（4）：1143-1148.［孙冰，曾晟，丁德馨，等.低应变动测桩及锚杆中波的传播规律差异研究［J］.岩土力学，2011，32（4）：1143-1148.］
［27］ Sun Chuang，Zhang Tao，Gu Yangming.Characteristic ana- lysis of deep roadway bolt based on Hoek-Brown strain softening model［J］.Journal of Disaster Prevention and Miti- gation Engineering，2016，36（3）：493-498.［孙闯，张涛，顾杨明.基于Hoek-Brown应变软化模型的深部巷道锚杆受力特征研究［J］.防灾减灾工程学报，2016，36（3）：493-498.］
［28］ Li Yi，Liu Haifeng，Wang Fuchun.Nondestructive testing of parameters of bolt anchoring state and its application［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2004，23（10）：1741-1744.［李义，刘海峰，王富春.锚杆锚固状态参数无损检测及其应用［J］.岩石力学与工程学报，2004，23（10）：1741-1744.］

Metrics

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed

典型约束条件下锚杆受瞬态激振时的位移响应衰减规律研究

Study on Attenuation Law of Displacement Response of Bolt Subjected to Transient Excitation Under Typical Constraint Conditions

PDF (PC)

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 0

Metrics

本文评价

推荐阅读 0