CN103292680B - 一种新型电学无损检测锚杆长度的方法及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型电学无损检测锚杆长度的方法及检测装置，检测时钻设检测孔，依次连接锚杆、直流稳压电源、电阻测试仪、和金属球探头，将金属球探头伸入检测孔一个位置，直流稳压电源输出恒定直流电压，测量回路中的电阻值；然后沿检测孔下移金属球探头，再次测量回路中的电阻值；以此类推，直至金属球探头深入到检测孔底部；根据得到的多个电阻值，绘制电阻-深度曲线，根据电阻-深度曲线中出现的跃增拐点判断锚杆的实际埋置长度。本检测方法利用金属锚杆通电产生的直流电场，通过调整点电极与锚杆棒状电极的相对位置，导致回路电阻变化，检测到锚杆底端位置。适用于条件较差围岩中锚杆的检测，装置整体结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明属于土木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，特别涉及一种新型电学无损检测锚杆长度的方法，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
锚杆是铁路、公路、水电站等工程施工中地下工程（隧道、洞室等）及边坡治理工程的重要手段。锚杆嵌入岩层或土层的长度是其能否发挥最大效用的关键因素，因此对工程量巨大的锚杆长度进行快速、准确的检测是极为重要的。但锚杆具有很强的隐蔽性，对其进行有效的长度检测存在很大困难。
国内普遍采用的应力波法无损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。而提出的调整频率、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，对检测数据的分析处理与解释方法相对滞后。因此，这种检测技术还是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的新方法，能够快速、准确检测出埋置于不同介质中锚杆的长度，满足锚杆检测需求。
本发明的另一个目的是提供上述检测方法中使用的一种检测装置。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种新型电学无损检测锚杆长度的方法，具体按以下步骤进行：
步骤1：在围岩内钻设与锚杆相平行的检测孔；
步骤2：取直流稳压电源、电阻测试仪、导线和金属球探头，将直流稳压电源的正极与锚杆相连接，直流稳压电源的负极、电阻测试仪和金属球探头依次串联；
步骤3：将金属球探头伸入检测孔内的一定位置，直流稳压电源输出恒定直流电压，测量锚杆、围岩、金属球探头、电阻测试仪和直流稳压电源组成的回路中的电阻值；然后沿检测孔下移金属球探头，再次测量回路中的电阻值；以此类推，直至金属球探头深入到检测孔底部；
步骤4：根据步骤3得到的多个电阻值，绘制电阻-深度曲线，根据电阻-深度曲线中出现的跃增拐点判断锚杆的实际埋置长度。
所述步骤3中，测量过程中，金属球探头贴紧检测孔朝向锚杆方向的孔壁。
本发明所采用的另一个技术方案是：一种上述新型电学无损检测锚杆长度的方法中使用的检测装置，包括依次串联的直流稳压电源、电阻测试仪和金属球探头，直流稳压电源负极与电阻测试仪相连接；使用时，将直流稳压电源正极与锚杆电连接，将金属球探头伸入检测孔内，金属球探头在检测孔内顺次向下移动，测量每个位置点处的电阻值。
本发明检测方法利用金属锚杆通电产生的直流电场，通过调整点电极与锚杆棒状电极的相对位置，导致回路电阻变化，就可以检测到锚杆底端位置。本方法实施装置的特点是采用直流稳压电源输出恒定电压，金属球探头位置可灵活布置，适用于条件较差围岩中锚杆的检测，装置整体结构简单，操作方便。
附图说明
图1是本发明检测方法的的实施示意图。
图2是本发明检测方法检测锚杆长度的电阻值曲线图。
图3是本发明检测方法原理示意图。
图中：1.围岩，2.锚杆，3.直流稳压电源，4.电阻测试仪，5.导线，6.检测孔，7.金属球探头。
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。
本发明新型电学无损检测方法，采用直流稳压电源输出恒定电压、金属球探头和电阻测试仪等装置进行锚杆长度检测，该种方法是按以下步骤进行检测的：
步骤1：根据待测量的锚杆2在围岩1内的布置形式及设计长度L0，在围岩1内钻设检测孔6，检测孔6与锚杆2在同一平面内平行布设，检测孔6与锚杆之间的距离为0.5～2.0m，检测孔6的深度大于锚杆2的设计长度10%～50%；
步骤2：取直流稳压电源3、电阻测试仪4、导线5和金属球探头7，将直流稳压电源3的正极通过导线5与锚杆2相连接，将直流稳压电源3的负极通过另一根导线5与金属球探头7相连接，直流稳压电源3负极与金属球探头7之间串联电阻测试仪4；
步骤3：将金属球探头7伸入检测孔6内，并停留在一定的位置，开启直流稳压电源3，输出恒定的直流电压，测量锚杆2、围岩1、金属球探头7、电阻测试仪4和直流稳压电源3组成的回路中的电阻值，该电阻值通过电阻测试仪4读取；然后将金属球探头7沿检测孔6向下移动，金属球探头7移动后的位置与上次测量位置之间的距离为锚杆2设计长度的1%～5%或者按照检测要求精度进行取值，再次测量回路中的电阻值；以此类推，直至金属球探头7深入到检测孔6底部，金属球探头7每次移动的距离相同；
检测过程中，金属球探头7在检测孔6内与围岩1紧密接触，以保证检测时在锚杆2与金属球探头7之间形成闭合回路。
直流稳压电源3输出电压的大小可根据围岩1电阻率的高低进行选择。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4：根据步骤3得到的多个闭合回路中的电阻值，绘制电阻-深度曲线，根据电阻-深度曲线中出现的跃增拐点判断锚杆2的实际埋置长度。
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。在直流恒定电压下，根据自由电子迁移规律，大部分电子会沿点电极与棒状电极的垂线路径迁移形成回路电流。将点电极布置在检测孔中的不同深度，则不同深度回路的电阻关系可近似认为：R 1 =R 2 =…=R n-1 =R n ＜R n+1 ＜R n+2 ＜…＜R m 。因此通过测量点电极位于不同深度的电流回路中的电阻值变化情况，根据电阻值突变位置即可判断锚杆底端位置深度，其原理图如图3所示。基于电场电场电流分布原理，理想条件下在锚杆2底端L0深度处，电阻值-深度曲线出现拐点，在拐点位置以上电阻值基本保持不变，在拐点位置以下电阻值有明显逐渐变大的趋势。
金属锚杆是电导体，灌浆体和岩土体是高电阻介质，以金属锚杆作为供电的棒状电极。检测时，将待检测的锚杆2和金属球探头7分别与直流稳压电源3的正极和负极电连接，形成闭合回路；施加恒定直流电压后，在锚杆2周围岩土体内形成直流电场；通过电阻测试仪4检测该闭合回路的电阻，绘制回路电阻-检测孔深度曲线图，根据电阻在检测孔深度范围内出现的跃增拐点判断锚杆2的实际埋置长度。
本发明无损检测方法的原理是：根据自由电子迁移的最小能量原理，即由于高阻体排斥电流和低阻体吸引电流的原因，由供电极供入地中的电流在经过各种岩体流向负极的路线上，具有避开高电阻率岩体和通过低电阻率岩体的规律，每条电流线都按所遇到阻力最小的路径通向负极。即当金属球探头7在锚杆长度L0深度范围内时，大部分自由电子会通过锚杆2和检测孔6的最短路径，也就是垂直距离形成电流；当金属球探头7超出锚杆长L0时，自由电子移动的最短路径会逐渐增大，电路电阻就会产生逐渐增大的拐点，拐点位置即为锚杆2末端位置，依此就可检测出锚杆2的实际长度。
本发明检测方法中采用的检测装置，包括依次串联的直流稳压电源3、电阻测试仪4和金属球探头7，金属球探头7通过电阻测试仪4与直流稳压电源3的负极相连接，使用时，将直流稳压电源3的正极与待测试的锚杆2电连接。
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，凡是采用本发明的设计思路做一些简单变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种新型电学无损检测锚杆长度的方法，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）内钻设与锚杆（2）相平行的检测孔（6）；
步骤2：取直流稳压电源（3）、电阻测试仪（4）、导线（5）和金属球探头（7），将直流稳压电源（3）的正极与锚杆（2）相连接，将直流稳压电源（3）的负极、电阻测试仪（4）和金属球探头（7）依次串联；
步骤3：将金属球探头（7）伸入检测孔（6）内的一定位置，直流稳压电源（3）输出恒定直流电压，测量锚杆（2）、围岩（1）、金属球探头（7）、电阻测试仪（4）和直流稳压电源（3）组成的回路中的电阻值；然后沿检测孔（6）下移金属球探头（7），再次测量回路中的电阻值；以此类推，直至金属球探头（7）深入到检测孔（6）底部；
步骤4：根据步骤3得到的多个电阻值，绘制电阻-深度曲线，根据电阻-深度曲线中出现的跃增拐点判断锚杆（2）的实际埋置长度。
2.根据权利要求1所述的新型电学无损检测锚杆长度的方法，其特征在于，所述步骤1中，检测孔（6）与锚杆之间的距离为0.5～2.0m，检测孔（6）的深度大于锚杆（2）的设计长度10%～50%。
3.根据权利要求1所述的新型电学无损检测锚杆长度的方法，其特征在于，所述步骤3中，金属球探头（7）每次移动后的位置与上次测量位置之间的距离为锚杆（2）设计长度的1%～5%或者按照检测要求精度进行取值，金属球探头（7）每次移动的距离相同。
4.根据权利要求1所述的新型电学无损检测锚杆长度的方法，其特征在于，所述步骤3中，测量过程中，金属球探头（7）贴紧检测孔（6）朝向锚杆（2）方向的孔壁。
5.一种权利要求1所述新型电学无损检测锚杆长度的方法中使用的检测装置，其特征在于，包括依次串联的直流稳压电源（3）、电阻测试仪（4）和金属球探头（7），直流稳压电源（3）负极与电阻测试仪（4）相连接；使用时，将直流稳压电源（3）正极与锚杆（2）电连接，将金属球探头（7）伸入检测孔（6）内，金属球探头（7）在检测孔（6）内顺次向下移动，测量每个位置点处的电阻值。
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