锚杆-围岩结构系统动力参数反演研究

论文摘要

锚杆—围岩结构系统低应变动力参数能够综合反映结构系统的材料性能、内部组成以及材料之间相互连接性能,是衡量锚杆系统锚固质量的重要指标。基于锚杆—围岩结构系统低应变纵向动力响应,对动力参数进行反演是本文的重要组成部分。在“锚杆——围岩结构系统无损探伤理论与智能诊断方法(国家自然科学基金50378096)”及“岩土锚固系统质量的智能检测和诊断(教育部科学技术研究重点项目03138)”的专项课题的支撑下,本文针对锚杆—围岩结构系统进行低应变动力参数反演研究,做了如下一些工作: 1.建立了完整锚杆低应变纵向动力响应的数学力学模型,推导出该问题的解析解及半解析解,为锚杆锚固系统的动力学理论奠定相应的基础。建立了缺陷锚杆振动问题的数学力学模型,研究该问题的半解析解,为锚杆缺陷的识别、锚固质量的检测提供理论依据。2.对传统锚杆检测中的反演方法及其局限性进行了分析和研究。在借鉴桩基纵向振动理论研究成果的基础上确定参数的取值范围,建立了目标函数。利用matlab 的遗传算法工具箱——GAOT(自由软件)进行参数反演设计。建立锚杆——围岩结构系统动力参数反演的计算模型。3.验证反演方法的可行性及准确性。(1) 进行基于理论曲线的参数反演,并对反演的参数进行分析与比较,验证反演方法的可行性及准确性。(2) 进行了室内模型模拟实验,通过实验结果与反演结果的比较验证反演方法的可行性及准确性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究的工程背景与意义
• 1.1.1 锚固技术的发展概况及分类
• 1.1.2 锚杆检测的意义
• 1.1.3 反问题研究的意义
• 1.2 正演与反演理论
• 1.2.1 正演与反演理论概念
• 1.2.2 反问题的内容及特点
• 1.3 岩石力学反演方法的分类
• 1.3.1 逆解法
• 1.3.2 直接法
• 1.3.3 图谱法
• 1.3.4 智能反演法
• 1.3.5 反演方法拓展
• 1.4 论文研究主要内容和途径
• 2 锚杆-围岩结构系统动力参数反演的数学描述
• 2.1 完整锚杆振动问题的数学模型
• 2.1.1 基本假设及定解问题
• 2.1.2 问题的解析解
• 2.1.3 问题的半解析解
• 2.2 缺陷锚杆振动问题的数学模型
• 2.2.1 数学力学模型及定解问题
• 2.2.2 缺陷锚杆振动问题的解
• 2.3 锚杆-围岩结构系统动力参数反演的目标函数
• 2.3.1 参数范围的确定
• 2.3.2 目标函数的建立
• 3 锚杆-围岩结构系统低应变动力响应模拟试验研究
• 3.1 室内模型模拟试验
• 3.1.1 试验目的
• 3.1.2 锚杆模型的制作
• 3.1.3 测试系统及测试设备
• 3.1.4 测试中应注意的问题
• 3.2 模型试验测试结果
• 3.2.1 小锤锤击方式
• 3.2.2 超声波探头激发方式
• 4 反演设计及参数反演
• 4.1 传统锚杆检测中的反演方法及其局限性
• 4.1.1 粘滞阻尼系数β的反演
• 4.1.2 杆长或应力波波速的反演
• 4.1.3 波阻抗的反演及锚杆中缺陷的识别
• 4.1.4 动弹性模量的反演和灌浆质量的判定方法
• 4.2 反演设计
• 4.3 基于理论曲线的参数反演
• 4.3.1 完整锚杆的反演结果
• 4.3.2 缺陷锚杆反演结果
• 4.4 基于实验成果的参数反演
• 5 主要结论和展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 进一步研究的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书