CN103278081B - 电势差式锚杆长度无损检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电势差式锚杆长度无损检测方法及检测装置，钻设检测孔；围岩内埋设辅助电极，将待测锚杆、直流稳压电源和辅助电极依次相连接，依次串接电势差计和两个测量电极，将两个测量电极伸入检测孔内，直流稳压电源输出恒定直流电压，沿检测孔同时下移两个测量电极测量两个测量电极在不同位置的电势差值，直至两个测量电极深入检测孔底部；绘制电势差值-深度曲线图，根据绘制的电势差值-深度曲线图中电势差的跃变拐点判断待测锚杆的埋设长度。本检测方法利用金属锚杆通电产生的直流电场，采用测量电极非接触式测量锚杆附近轴向不同深度位置固定距离的电势差值变化规律，检测出锚杆长度，可应用于锚固工程中高精度的锚杆长度检测。

Description

电势差式锚杆长度无损检测方法及检测装置

技术领域

本发明属于岩土工程无损检测技术领域，涉及一种基于锚杆-围岩体系导电特性无损检测锚杆埋置长度的方法，特别涉及一种电势差式锚杆长度无损检测方法；本发明还涉及一种该检测方法中使用的检测装置。

背景技术

锚杆是边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下硐室施工中广泛采用的一种加固支护方式。锚杆实际长度对锚固承载力有决定性的影响，保证锚杆埋设长度达到设计长度是锚固工程质量控制的关键之一。因此对工程量巨大的锚杆进行快速、准确的长度检测是极为重要的。但锚杆是埋入地下的隐蔽工程，对其进行有效的长度检测存在很大困难。

国内普遍采用应力波法无损检测技术检测锚杆的实际长度，但这种检测技术存在底端反射信号容易变弱甚至消失的不确定性。而提出的用小波分析和神经网络等分析技术处理检测波形的改进方法目前也不能广泛适用，导致对检测数据的分析处理与解释方法相对滞后，不能满足当前广泛的锚杆检测需求。

发明内容

本发明的目的在于针对目前尚无高精度的锚杆无损检测手段的现状，提出一种电势差式锚杆长度无损检测方法，基于锚杆和周围介质不同的导电特性，利用直流电无损检测锚杆埋置长度，满足广泛的锚杆检测需求。

本发明的另一个目的是提供一种上述检测方法中使用的检测装置。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电势差式锚杆长度无损检测方法，其特征在于，该检测方法具体按以下步骤进行：

步骤1：在围岩内钻设与待测锚杆相平行的检测孔；

步骤2：取电势差计、直流稳压电源、辅助电极和两个测量电极；辅助电极埋设于围岩内，将待测锚杆与直流稳压电源的正极相连接，直流稳压电源的负极与辅助电极相连接，将两个测量电极串联，两个测量电极中一个测量电极与电势差计相连接，将两个测量电极伸入检测孔内，直流稳压电源输出恒定直流电压，测量两个测量电极的电势差值，然后沿检测孔同时下移两个测量电极，再通过电势差计读取两个测量电极在移动后位置的电势差值；依次类推，直至两个测量电极深入检测孔底部，得到一系列电势差值。

步骤3：根据步骤2得到的一系列电势差值，绘制电势差值-深度曲线图，根据绘制的电势差值-深度曲线图中电势差的跃变拐点判断待测锚杆的埋设长度。

本发明所采用的另一个技术方案是：一种上述电势差式锚杆长度无损检测方法中使用的检测装置，包括直流稳压电源，直流稳压电源的负极与辅助电极相连接，该检测装置还包括串联的两个测量电极，该两个测量电极中的一个测量电极与电势差计相连接；使用时，将两个测量电极伸入检测孔内，并沿检测孔顺次下移两个测量电极，测量两个测量电极在检测孔内不同位置的电势差。

本发明无损检测方法利用金属锚杆通电产生的直流电场，采用测量电极非接触式测量锚杆附近轴向不同深度位置固定距离的电势差值变化规律，根据电势差值跃变拐点就可以检测出锚杆长度。该检测方法中使用的检测装置的特点与普通电法测量中的三极矩法类似，但供电电极与测量电极沿相互垂直方向排列；结构简单，操作方便，能够快速、准确检测出埋置于不同介质中锚杆的长度，可应用于锚固工程中高精度的锚杆长度检测。

附图说明

图1是本发明检测方法的实施示意图。

图2是本发明检测方法的原理示意图。

图3为本发明检测方法检测锚杆长度的电势差值曲线图。

图中：1.围岩，2.待测锚杆，3.电势差计，4.插杆，5.检测孔，6.直流稳压电源，7.标尺，8.测量电极，9.导线，10.辅助电极，11.理论等电场强度线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明无损检测方法采用直流稳压电源、辅助电极、测量电极和电势差计等装置对锚杆长度进行检测，具体按以下步骤进行：

步骤1：根据设置于围岩1内的待测锚杆2的布置形式及设计长度L0钻设检测孔5，检测孔5与待测锚杆2相平行，检测孔5与待测锚杆2之间的中心距为10～20cm，检测孔5的深度L1大于待测锚杆2的设计长度10%～50%；

步骤2：取电势差计3、直流稳压电源6、测量电极8、导线9、辅助电极10和外表面设有标尺7的插杆4；将辅助电极10埋设于围岩1内，其与待测锚杆2之间的距离30～100m，通过导线9将待测锚杆2与直流稳压电源6的正极相连接，将辅助电极10与直流稳压电源6的负极相连接，如图1所示，将两个测量电极8沿插杆4的轴线方向依次安装在插杆4表面，两个测量电极8之间的距离为待测锚杆2设计长度的1%～5%或者按照检测要求精度进行取值，该两个测量电极8组成测量电极组，该测量电极组的一端与电势差计3相连接；将插杆4连同测量电极组伸入检查孔5内，使得位于上面的测量电极8处于检测孔5的孔口处，开启直流稳压电源6，通过电势差计3读取两个测量电极8在检测孔5内一定深度位置的电势差值，并记录该电势差值；然后将插杆4沿检测孔5向下移动，使测量电极组移动后的位置与上次所处位置之间的距离为待测锚杆长度设计长度的1%～5%或者按照检测要求精度进行取值，再通过电势差计3读取测量电极组在移动后位置的两个测量电极8的电势差值；依次类推，直至两个测量电极组深入检测孔5底部，得到一系列电势差值；

根据围岩电阻率高低，直流稳压电源6选择输出适宜大小的稳定直流电压进行检测。实际测试时，检测孔5应当尽量与待检测对象贴近，以提高电场信号的信噪比；检测孔5应当与待测锚杆2在同一平面内平行布设。在测试深度上下一定范围内应当没有金属套管或者其它可能产生电磁干扰的材料。

步骤3：根据步骤2得到的一系列电势差值，绘制电势差值-深度曲线图，根据绘制的电势差值-深度曲线图中电势差的跃变拐点判断待测锚杆2的埋设长度。

采用本发明方法检测待测锚杆2的长度时，直流稳压电源6的正极连接在待测导电金属锚杆的外露端头，负极与辅助电极10连接，金属锚杆是电导体，灌浆体和岩土体是高电阻介质，以钢筋作为供电电极，在远处插入大地另一个电极，在两极间的围岩中就会产生一个稳定的具有理论等电场强度线11的电场，如图2所示，待测锚杆2周围岩土体内形成直流电场，并在围岩中形成闭合回路。将两个测量电极8装设在插杆4上，通过插杆4上的标尺7将两个测量电极8按一定长度间隔顺次布置在检测孔中，通过外接的电势差计3读取差值，并绘制电势差-深度曲线图，根据电势差值在检测孔深度范围内出现的跃变拐点判断锚杆实际埋置长度。

本发明锚杆长度无损检测方法是根据直流电场的分布规律，在待测锚杆2附近的区域，根据物理学原理，电场强度E与离开待测锚杆2的距离r的平方成反比：；

在平行于金属锚杆一定距离处放置两个测量电极8，保持两个测量电极8之间的距离不变，并保持与待测锚杆2平行；测试两个测量电极8之间的电势差，当测量电极8超过钢筋笼末端以后，电场强度随着测量电极8与待测锚杆2之间距离的增大而减小，使得两个测量电极8间的电势差也随之增大，即电势差曲线中出现拐点，拐点上下电势差的平均值有明显变化。因此通过两个测量电极8之间的电势差变化，就可以根据电势差曲线变化的拐点位置判断待测锚杆2末端到达的位置，如图3所示。

也就是说，本发明检测方法以金属锚杆作为供电电极，金属锚杆作为良导体，可认为是一棒状电极。当辅助电极10位于无穷远处时，待测锚杆2周围形成类似的电场分布形式，电场强度随待测锚杆2深度变化。当测量电极8的位置在待测锚杆2长度范围内时，测得的电势差值基本保持不变；当测量电极8位置超出待测锚杆2底端后，电势差值会因电场强度的减小而增大。因此通过测量电极位于不同深度的电势差值变化规律，根据电势差值突变位置即可判断锚杆底端位置深度。

本发明检测方法中采用了一种检测装置，包括直流稳压电源6、电势差计3和两个测量电极8；直流稳压电源6的负极通过导线9与辅助电极10相连接；使用时，将两个测量电极8设置于带有标尺7的插杆4上，两个测量电极8之间的距离为待测锚杆2设计长度的1%～5%或者按照检测要求精度进行取值，将电势差计3与两个测量电极8中的一个测量电极8相连接。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据实施例和附图公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，都落入本发明所要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电势差式锚杆长度无损检测方法，其特征在于，该检测方法具体按以下步骤进行：

步骤1：在围岩（1）内钻设与待测锚杆（2）相平行的检测孔（5），检测孔（5）与待测锚杆（2）之间的中心距为10～20cm，检测孔（5）的深度大于待测锚杆（2）设计长度10%～50%，检测孔（5）与待测锚杆（2）在同一平面内平行布设；

步骤2：取电势差计（3）、直流稳压电源（6）、辅助电极（10）和两个测量电极（8），两个测量电极（8）之间的距离为待测锚杆（2）设计长度的1%～5%或者按照检测要求精度进行取值；辅助电极（10）埋设于围岩（1）内，将待测锚杆（2）与直流稳压电源（6）的正极相连接，直流稳压电源（6）的负极与辅助电极（10）相连接，将两个测量电极（8）串联，两个测量电极（8）中一个测量电极（8）与电势差计（3）相连接，将两个测量电极（8）伸入检测孔（5）内，直流稳压电源（6）输出恒定直流电压，测量两个测量电极（8）的电势差值，并记录该电势差值；然后沿检测孔（5）同时下移两个测量电极（8），再通过电势差计（3）读取两个测量电极（8）在移动后位置的电势差值；依次类推，直至两个测量电极（8）深入检测孔（5）底部，得到一系列电势差值；

步骤3：根据步骤2得到的一系列电势差值，绘制电势差值-深度曲线图，根据绘制的电势差值-深度曲线图中电势差的跃变拐点判断待测锚杆（2）的埋设长度。

2.根据权利要求1所述的电势差式锚杆长度无损检测方法，其特征在于，所述步骤2中，两个测量电极（8）移动后的位置与上次所处位置之间的距离为待测锚杆（2）设计长度的1%～5%或者按照检测要求精度进行取值，两个测量电极（8）每次移动的距离相同。

3.根据权利要求1或2所述的电势差式锚杆长度无损检测方法，其特征在于，所述两个测量电极（8）之间的距离保持不变。

4.一种权利要求1所述电势差式锚杆长度无损检测方法中使用的检测装置，其特征在于，包括直流稳压电源（6），直流稳压电源（6）的负极与辅助电极（10）相连接，该检测装置还包括串联的两个测量电极（8），该两个测量电极（8）中的一个测量电极（8）与电势差计（3）相连接；使用时，将直流稳压电源（6）的正极与待测锚杆（2）相连接，将两个测量电极（8）伸入检测孔（5）内，并沿检测孔（5）顺次下移两个测量电极（8），测量两个测量电极（8）在检测孔（5）内不同位置的电势差。