CN114659915A - 基于光学成像的锚杆拉拔试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锚杆检测领域，具体涉及一种基于光学成像的锚杆拉拔试验方法及装置，所述基于光学成像的锚杆拉拔试验装置包括：加载装置、靶标、成像设备和数字图像处理系统；所述靶标固定在所述锚杆的侧面；所述靶标的中心作为所述目标点；所述数字图像处理系统用于获取所述目标点的坐标值和加载后相对于初始坐标的位移值；本发明不需要使用百分表对锚杆进行位移读数，从而避免了因存在基准桩和基准梁而造成的误差，使锚杆拉拔试验获得的靶标位移值更精确。

Description

基于光学成像的锚杆拉拔试验方法及装置

技术领域

本发明涉及锚杆拉拔试验领域，特别是涉及一种基于光学成像的锚杆拉拔试验方法及装置。

背景技术

围岩内部的锚杆能够改变围岩本身的力学状态，在岩土体周围形成一个整体而又稳定的岩土带，利用锚杆与岩土体共同作用，达到维护岩土体稳定的目的。支护锚杆通常用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆柱，打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板，或依赖于黏结作用将岩土体与稳定岩土体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的。

锚杆拉拔试验是通过在锚杆上施加外部荷载，测试锚杆随着荷载产生的位移，从位移的数据来评估锚杆的抗拔性能的测试实验。一般利用百分表对锚杆的位移进行测定，在满足工程设计和标准规范的要求基础上，根据观测目的及要求选定相应的观测时间和观测频率，从而评估锚杆的抗拔性能。

利用百分表对锚杆的位移进行检测，需要通过安装基准桩、基准梁来固定百分表，如图1-图2所示，基准桩100与地基200连接，基准梁101支撑在基准桩100上，百分表102固定在基准梁101上，沿锚杆的径向设置检测片103，百分表102的表头104抵住检测片103上，锚杆受拉拔作用沿轴向推动检测片103上移，使百分表102的表头104向内缩进从而生读数。然而，锚杆拉拔试验中，基准梁和基准桩为临时搭建，与地基连接不够牢固，拉拔试验中锚杆移动牵拉地基可能使基准桩轻微摆动，百分表通过夹紧或磁吸等方式固定连接基准梁，基准梁受百分表的反力作用会产生曲度变形，百分表读取锚杆位移的原理是表头受锚杆位移的推动而在表盘显示读数，而百分表的精度需要保持0.1mm，基准桩的晃动和基准梁曲度变形的量级在百分表精度范围内，从而该传统的锚杆拉拔试验方法会使百分表的读数产生较大误差，导致试验检测得到的锚杆位移数据不够精确的问题。

发明内容

本发明的目的：针对现有技术中的拉拔试验方法由于采用百分表读取锚杆位移量，需要搭建基准梁和基准桩，基准桩的轻微摆动或基准梁的曲度变形导致百分表测得的锚杆位移误差较大，锚杆位移数据精确度不高的问题，提供一种基于光学成像的锚杆拉拔试验方法及装置，能够更精确测得锚杆位移数据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，包括以下步骤：

a：选取锚杆杆身作为检测区域，通过光学成像获取所述检测区域的图像，选取所述检测区域图像中的一点作为检测的目标点，获取所述目标点在荷载加载前的初始坐标值；

b：对所述锚杆施加荷载，记录每次荷载值和对应持荷阶段的持荷时间，并获取所述检测区域在对应持荷阶段的图像，获取所述目标点在对应持荷阶段的坐标值，进而得出每个持荷阶段所述目标点在加载后相对于加载前的位移值。

本发明所述基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，通过对锚杆的侧面的区域进行光学成像，通过将锚杆侧面图像中的一点作为检测的目标点来获得目标点的坐标值，对锚杆加载后，根据获取的所述目标点的坐标值，每次荷载作用下所述目标点随所诉锚杆移动而移动，以加载前所述目标点的坐标值为参照，加载前目标点的坐标值为零，从而出目标点在每段持荷时间的位移值，从而得出锚杆受每次荷载作用的位移值，实现检测锚杆受荷载作用下的位移的目的，能够克服传统锚杆拉拔试验中用百分表测量位移，基准桩和基准梁的存在导致检测的位移不精确的问题；本发明通过光学成像方法获取锚杆产生位移的多张图像，从而获取得到受荷载作用下的位移值，不需要安装基准桩、基准梁，减少了锚杆拉拔试验中施工的步骤，将成像设备固定在距离待测锚杆一定范围内的观测点，试验人员不需要靠近锚杆能够检测到锚杆拉拔试验中的目标点的位移，也不需要进行人工读取检测时间，从而使锚杆拉拔试验更方便快捷。

作为本方案的优选方案，所述目标点在对应持荷阶段的位移值的获取次数≥2次。本优选方案通过目标点在对应持荷阶段的位移值的获取次数≥2次，在对锚杆加载后，能够获取每段持荷时间内的目标点的位移值的个数多于其对应的每段持荷时间的荷载值的个数，通过数据处理，能够获得此次荷载的持荷时间内更精确的目标点位移平均值或统计值，进一步提高该试验方法的精确性。

作为本方案的优选方案，所述步骤a中所述检测区域的图像包含多个所述锚杆的检测区域；根据多个所述检测区域图像，获取多个所述目标点的位移值。通常一个施工项目中存在多个锚杆，为了对工程进行验收，需要评估工程中的多根锚杆或者工程系统锚杆抗拔承载性能，本优选方案，在上述基于光学成像的锚杆拉拔试验方法的基础上，通过采用调节成像设备一次对多个靶标图像在成像，对多个锚杆进行拉拔试验，通过将多个锚杆同步试验，采用系统锚杆分析方法对锚杆系统进行分析，减小由于试验条件的差别产生的误差，降低试验变量干扰产生的误差，进一步提高该试验的精确性。

作为本方案的优选方案，对系统锚杆进行锚杆拉拔验收试验，还包括数据处理：选取每个所述锚杆每次施加荷载的最大值作为对应所述锚杆的抗拔承载力检测值；将多个所述锚杆的抗拔承载力检测值的平均值作为系统锚杆的抗拔承载力检测值；根据系统锚杆的抗拔承载力检测值评估系统锚杆的抗拔承载性能以对系统锚杆进行锚杆拉拔验收试验。通过选取每个锚杆的最大荷载作为每个锚杆的抗拔承载力检测值；计算多个锚杆的抗拔承载力检测值的平均值作为系统锚杆的抗拔承载力检测值，通过光学成像的方法能够同时对多个锚杆进行试验，通过计算多个锚杆的抗拔承载力检测值的平均值或统计值作为系统锚杆的抗拔承载力检测值，相比于使用百分表试验中使用多个百分表对多个锚杆进行位移检测，减小了因多个百分表读数不统一造成的误差，能够提高对系统锚杆进行拉拔试验的精确性。

作为本方案的优选方案，所述步骤b中获取的所述目标点的位移值还包含沿锚杆径向的位移值。在使用百分表进行读数的拉拔试验中，百分表的探针接触锚杆的轴向顶面，锚杆轴向移动，其顶面的推力推动百分表机械转动产生位移读数，百分表读取的位移数据仅仅是作用在锚杆轴心上的荷载产生的位移，而偏离锚杆轴心的那部分荷载使锚杆径向移动而未被百分表检测到，导致不能发现试验结果中荷载数据与位移数据存在的偏差；本优选方案通过获取的所述目标点的位移值还包含沿锚杆径向的位移值，观测目标点沿锚杆径向的位移值，如果目标点位移值中存在沿锚杆径向的位移值或沿锚杆进行的位移值较大，则表明加载装置施加荷载的作用力方向未与锚杆的轴心重合，通过调试加载装置使荷载作用力与锚杆的轴心重合，从而能够减小因荷载数据与位移数据存在偏差导致的误差，进一步提高了该试验的精确度。

本发明还提供了该基于光学成像的锚杆拉拔试验方法进行锚杆拉拔验收试验，所述步骤b还包括：所述每段持荷时间都不少于十分钟；每段持荷时间相等；将每段持荷时间目标点位移值的平均值作为每次荷载对应的所述锚杆位移值。本优选方案，在基于光学成像的锚杆拉拔试验方法的基础上，通过记录持荷时间，使目标点的位移获取时间与持荷时间相匹配，计算每段持荷时间内目标点位移值的平均值作为每次荷载对应的锚杆位移值，从而获得了更精确的锚杆移动的位移值，进一步提高锚杆拉拔验收试验中试验数据的精确性。

本发明还公开了一种锚杆拉拔试验装置，包括：加载装置、靶标、成像设备和数字图像处理系统；所述靶标固定在所述锚杆的侧面；所述靶标的中心作为所述目标点；所述数字图像处理系统用于获取所述目标点的坐标值和加载后相对于初始坐标的位移值。本发明提供的锚杆拉拔试验装置，通过设置靶标、成像设备和数字图像处理系统，所述靶标通过固定于所述锚杆的侧面，能够随着待测锚杆受荷载轴向移动而同步移动，所述靶标作为检测锚杆移动的检测区域对靶标进行成像，在数字图像处理系统中通过将靶标图像的中心点作为检测所述锚杆位移的目标点，获取目标点的坐标值，在对锚杆进行加载过程中，数字图像处理系统通过将加载后的靶标的位置坐标参照加载前的坐标进行计算获取并显示靶标的位移值，从而获得锚杆在加载装置施加荷载后每次荷载对应持荷时间的位移值，从而不需要使用百分表对锚杆进行位移检测，从而不需要架设基准梁或基准桩，从而避免了因存在基准桩和基准梁而造成的误差，使锚杆拉拔试验获得的靶标位移值更精确。

作为本方案的优选方案，通过在所述数字图像处理系统设置目标点位移值的阈值，所述数字图像处理系统获取的所述目标点的位移值超过该阈值时能够发出警报。本优选方案，可根据最大试验荷载预估值计算出锚杆的理论位移值，将计算出的锚杆的理论位移值在在数字图像处理系统中设置为目标点位移的阈值，使数字图像处理系统所获取的目标点的位移数值达到该阈值时能够发出提示。由于操作人员在对锚杆施加荷载的过程中，需要同时关注锚杆实际位移是否超过理论位移值，以免可以停止施加荷载时却未及时停止施加荷载而造成锚杆损坏，通过在数字图像处理系统中输入锚杆的理论位移值这一操作步骤，在施加荷载过程中，通过在数字图像处理系统设置目标点位移值的阈值，加载后目标点的位移值达到该阈值时，数字图像处理系统能够发出警报以提示操作人员停止施加荷载，从而使该基于光学成像的锚杆拉拔试验方法更安全可靠，且方便快捷。

作为本方案的优选方案，所述靶标的光学对比度比所述锚杆强。通过将靶标的光学对比度设置为相比于锚杆强，所述成像设备所成的靶标图像的边界能够被所述数字图像处理系统快速识别，从而减小靶标成像中因光照差别产生的误差，使所述数字图像处理系统能够更精确识别并获取靶标位置坐标。

所述靶标设为形状规则的平板。通过将靶标设为形状规则的平板，使所述靶标在跟随所述锚杆轴向移动过程中尽可能的保持与锚杆的轴向平行，尽量保持所述成像设备所成的靶标的二维图像的面积不变，从而减小所述数字图像处理系统识别靶标图像造成的误差，进一步增强了对靶标位移检测的准确性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，通过对锚杆侧面的区域作为检测区域，通过光学成像获取所述检测区域的图像，通过数字图像处理选取所述检测区域图像中的一点作为检测的目标点，加载前通过数字图像处理系统识别检测区域的图像中目标点的坐标值作为目标点的初始坐标值，对锚杆加载后通过数字图像处理系统能够获取得到目标点加载后相对于加载前的位移值，能够克服传统锚杆拉拔试验中用百分表测量位移，基准桩和基准梁的存在导致检测的位移不精确的问题；

2、本发明通过成像设备结合数字图像处理系统的光学检测锚杆位移的方法，不需要安装基准桩、基准梁，减少了锚杆拉拔试验中的施工步骤，通过将成像设备固定在距离待测锚杆几百米的范围内的观测点，试验人员不需要靠近锚杆能够检测到锚杆拉拔试验中的锚杆的位移，也不需要进行人工读取检测时间，从而使锚杆拉拔试验更方便快捷；

3、本发明提供的用在基于光学成像的锚杆拉拔试验方法中的试验装置，通过设置靶标、成像设备和数字图像处理系统，靶标能够固定于所述锚杆，使靶标成为锚杆移动的标记物，在加载装置对锚杆进行加载过程中，通过成像设备对靶标进行成像，数字图像处理系统将加载后的靶标的位置坐标参照加载前的坐标进行计算获取所述靶标受荷载作用下的位移值，从而获得锚杆受荷载作用的轴向位移值，不需要使用百分表对锚杆进行位移读数，从而避免了因存在基准桩和基准梁而造成的误差，使锚杆拉拔试验获得的靶标位移值更精确。

附图说明

图1是现有技术中锚杆拉拔试验仪器的侧视图；

图2是图1中A线圈的局部放大图；

图3是本发明中所述锚杆、加载装置和靶标连接的侧视图；

图4是本发明所述基于光学成像的锚杆拉拔试验方法中目标点的位移值获取原理图；

图5是本发明中所述成像设备和数字图像处理系统的侧视图；

图6是本发明所述基于光学成像的锚杆拉拔试验用于锚杆拉拔验收试验得到的荷载-位移(Q-S)曲线图；

图标：0-锚杆；1-加载装置；11-穿心式千斤顶；12-反力装置；2-靶标；3-成像设备；4-数字图像处理系统；5-调节仪；100-基准桩；101-基准梁；102-百分表；103-检测片；104-表头；200-地基。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供的基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，包括以下步骤：

a.选取锚杆0的杆身作为检测区域，通过光学成像获取所述检测区域的图像，选取所述检测区域图像中的一点作为检测的目标点，获取所述目标点在荷载加载前的初始坐标值；

具体的，通过成像设备对锚杆0的杆身作为检测区域，通过光学成像获取检测区域的图像，此处可优选的使用相机对检测区域进行成像，此处可优选的使用数字图像处理系统对检测区域图像进行识别并处理得到目标点在加载前的坐标值，具体的，如图4所示，通常由于测量地形的不同，成像设备能够在成像设备距离锚杆0.1～300m的距离观测地点进行成像，将成像设备固定在距离待测锚杆一段距离的观测地点的地面上，在开始检测前，调节成像设备相对于锚杆0的距离，使锚杆0的杆身一面能够在成像设备上清晰成像，此处优选的，锚杆0的侧面一点由设置靶标2，通过采集靶标2的图像实现对锚杆0杆身的一个区域进行成像，如图3所示，将靶标2固定在锚杆0的侧部，能够使靶标2的平面平行于锚杆的轴向，当锚杆0因受荷载而轴向移动，从而使靶标2随着锚杆位移而移动。

具体的，通过设置成像设备3：固定成像设备3在观测地点，使成像设备3相对于锚杆0的距离不变；调节成像设备3与地面的倾角，使成像设备3拍摄到靶标2上平行于锚杆0轴向的平面的二维图像；试验中通过调节成像设备的光圈使靶标2上没有高光点，避免在数字图像处理系统4识别靶标2图像上移动的目标点时识别成高光点的移动，减少试验出现的误差；通过固定靶标2在锚杆0的侧部，成像设备固定于地面，调节成像设备相对于地面的倾角，根据成像设备的拍摄原理，此处可优选的使用相机拍摄，能够使成像设备3的镜头拍摄到靶标2平行于锚杆轴向的一个平面的二维图像。

b.对所述锚杆0施加荷载，记录每次荷载值和对应持荷阶段的持荷时间，并获取所述检测区域在对应持荷阶段的图像，获取所述目标点在对应持荷阶段的坐标值，进而得出每个持荷阶段所述目标点在加载后相对于加载前的位移值。

具体的，安装好的加载装置1和反力装置2如图3所示，将反力装置12固定在锚杆0的地面上，将加载装置1固定在反力装置12上，安装中是锚杆0的自由段穿过反力装置2和加载装置1，操作加载装1对锚杆0加荷载；通过观测加载装置1上的荷载读数能够记录每次施加的荷载值，持荷时间可通过时间记录仪记录从施加了一个荷载值并保持荷载值不变的时间段，实现记录每次所加的荷载值和持荷时间；需要说明的是，施加荷载中包括单循环加载法和多循环加载法，单循环加载法是每次荷载相比于上次荷载的值增大，达到最大试验荷载后开设卸下荷载。此处需要说明的是：所述每次荷载值理解为每次施加和荷载的值，所述对应持荷阶段理解为，每次施加荷载值并保持本次荷载值不变的时间段的阶段，所述持荷时间为每次施加荷载后保持本次荷载值不变的时间。

具体的，设置检测目标：在数字图像处理系统4中，沿所获取的检测区域的图像2的边界划线选取检测区域，根据所选取的检测区域图像2边界定位检测区域图像2的中心点为检测的目标点，此处优选的，将检测区域设置为固定在所述锚杆0侧面的靶标2；具体的，参考图4，数字图像处理系统4可采用能够匹配成像设备3的数字图像处理系统4，优选的采用型号为SNTN-X pro系统，通过对数字图像处理系统4中靶标2的边界划线选取靶标2的图像，能够通过数字图像处理系统4识别靶标2图像的形状和大小，将该中心点添加到数字图像处理系统4中作为目标点，则数字图像处理系统4识别并获取中心点的位置坐标，优选的，靶标2设置为正方形，靶标的中心设标记点，所述标记点为目标点。实现方式：通过操作所述数字图像处理系统4选择靶标2图像，将正方形的靶标2图像框选，由所述数字图像处理系统4将被框选的靶标2图像的进行计算，得出靶标2的图像中心点的位置坐标，加载前目标点静止可作为靶标位移检测的初始坐标，如图4中的a点。

此处需要的是，获取的所述目标点的“坐标值”包括所述目标点在加载前的初始坐标值和在加载后受荷载作用发生位移后的坐标值，参照加载前的初始坐标值进行数字图像处理，获取得到目标点在加载后相对于加载前的位移值。

需要说明的是，每段持荷时间可根据实际试验需要选择观测目标点位移值的时间，在持荷时间内目标点的位移值相对稳定，则可实施加下一次荷载；所述每段持荷时间内，目标点的位移值包括加荷载前的位移初始值、每次荷载后随着时间不断变化的位移值和此次荷载下的最大位移值。

优选的，所述目标点在对应持荷阶段的坐标值的获取次数≥2次。具体的，通过设置所述数字图像处理系统4获取目标点位移值的时间间隔，可以控制获取目标点在每段持荷时间位移值的次数，设置的时间间隔越短，即时间精度越高。例如，比如持荷时间的精度为1s，像处理系统的时间记录精度能够达到0.001s，设置该数字图像处理系统4获取靶标2坐标值的时间精度为0.1s，则每0.1s获取一个靶标2的坐标值，则该数字图像处理系统4在持荷时间10分钟内能够获取靶标2坐标值的个数为6000个，相比于百分表位移检测，百分表配合时间仪器，在1s内记录1个靶标2的坐标值，此步骤中设置能获得持荷时间能更精确的靶标2位移坐标值，从而可以通过算持荷时间内靶标2位移坐标值的平均值，而不是具体时刻的靶标2位移坐标值，从而进一步提高位移检测的精确度。

获取加载过程中目标点的坐标值，计算目标点在每段持荷时间内相对于加载前的位移值；具体的，在施加荷载前操作数字图像处理系统4开始检测，使数字图像处理系统4获取加载前靶标2图像的坐标值，在施加荷载过程中保持数字图像处理系统4持续检测，使数字图像处理系统4获取并显示靶标2加载后相对于加载前的位移值；具体的，检测原理如图4所示，在施加荷载前，操作数字图像处理系统4开始检测，数字图像处理系统4能够获取到加载前靶标2图像的坐标值，如图4中a点的坐标，当靶标2随着锚杆轴向位移而移动，数字图像处理系统4能够获取到加载过程中靶标2图像中b点的坐标，b点坐标相对于a点坐标的位移即为靶标2图像移动的位移值，图4中黑色箭头方向为靶标2的移动方向，同时也是靶标2图像的移动方向a点至b点的位移方向。

优选的，所述步骤a中所述检测区域的图像包含多个所述锚杆0的检测区域；根据多个所述检测区域图像，获取多个所述目标点的位移值。具体的，调节成像设备3与地面的倾角，使成像设备3通过一张图像拍摄到多个检测区域的图像；优选的，如图3所示，通过在成像设备上设置调节仪5，调节仪5能够调节成像设备3的倾斜程度，从而实现调节成像设备3与地面的倾角，使成像设备3通过一张图像拍摄到多个锚杆检测区域的图像；数字图像处理系统4中选取多个所述检测区域的图像作为检测目标；可优选的，调节成像设备3与地面的倾角的角度≤5°，在检测过程中，因为仪器的检测距离可以最远达到300m，在视线范围内保持仰角在5°比较容易实现在一张图像拍摄到多个锚杆的检测区域图像(靶标2的图像)，相比于在使用百分表进行多个锚杆0同时试验的方法，该方法不需要使用多个百分表检测，使该试验更便捷，并且此试验方法能够适用于系统锚杆进行拉拔试验，有利于对一个区域内的锚杆系统评估，从而使锚杆拉拔试验的使用范围更广。

优选的，该基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，选取多个所述锚杆0作为检测对象的方法的基础上，还包括数据处理：选取每个所述锚杆0施加荷载的最大值作为对应所述锚杆0的抗拔承载力检测值；将多个所述锚杆0的抗拔承载力检测值的平均值作为系统锚杆的抗拔承载力检测值；根据系统锚杆的抗拔承载力检测值评估系统锚杆的抗拔承载性能以对系统锚杆进行锚杆拉拔验收试验。计算多个所述锚杆0的抗拔承载力检测值的平均值作为系统锚杆的抗拔承载力检测值；根据系统锚杆的抗拔承载力检测值评估系统锚杆的抗拔承载性能。根据规范要求，在通过由于系统忙承载力检测值宜采用统计评价，而通过选取多个所述锚杆0作为检测对象的基础上，通过数据处理选取计算多个所述锚杆0的抗拔承载力检测值的平均值作为系统锚杆的抗拔承载力检测值，实现对系统锚杆的抗拔承载检测值进行系统评价，试验对系统锚杆拉拔验收试验。此处需要说明的是，所述系统锚杆为锚杆试验规范所述的系统锚杆。

优选的，本实施例所述的基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，所述步骤b中获取的所述目标点的位移值还包含沿锚杆径向的位移值。具体的，由于在安装加载装置1时，可能会使穿心式千斤顶11的轴心偏离锚杆0的轴心，在传统使用百分表测量锚杆位移中，百分表的表头接触的方向为锚杆的轴向，即使穿心式千斤顶11的轴心偏离锚杆0的轴向，百分表无法识别；而通过数字图像处理系统4识别的靶标2图像的位移值在数字图像处理系统4中显示为沿锚杆0轴向和沿锚杆0径向两个方向，如果穿心式千斤顶11的轴心偏离锚杆0的轴心，则加载过程中，穿心式千斤顶11提供的荷载会带动锚杆偏离锚杆轴向产生位移，则在数字图像处理系统4中就产生了沿锚杆0径向的位移，通过观测观测数字图像处理系统4中靶标2沿锚杆0径向的位移值在不断增大，则表明穿心式千斤顶11提供的荷载会带动锚杆0偏离锚杆轴向产生了位移，可以通过重新安装千斤顶进行试验，从而避免由于荷载偏心造成的误差，进一步提高锚杆拉拔试验的精确性。

实施例2

本发明在实施例1的基础上，提供该基于光学成像的锚杆拉拔试验方法进行锚杆拉拔验收试验，所述每段持荷时间都不少于十分钟；每段持荷时间相等；将每段持荷时间目标点位移值的平均值作为每次荷载对应的所述锚杆0位移值。

具体的，通过分析每次荷载和每次荷载对应的锚杆0位移值，评估锚杆0的抗拔承载性能；根据每次荷载和每次荷载对应的锚杆0位移值验算锚杆0的理论弹性位移值，评估锚杆0的变形量。

具体的，加荷载时保持每段持荷时间相等；加荷载过程的每次持荷时间都不少于十分钟；持荷时间内靶标2的位移值相对稳定时可实施下一次加载。

需要说明的是，终止加载的情况，参考JGJT 401-2017规程，出现以下三种情况可终止加载：一、锚杆体破坏；二、单循环加卸载法和分级维持荷载法中，本级荷载产生的单位荷载下的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生的单位荷载下的位移增量的5倍；三、被测试验锚杆位移稳定；四、已加载至最大试验荷载，且锚头位移达到相对收敛标准。

具体的，计算每段持荷时间目标点位移值的平均值作为每次荷载对应的所述锚杆0位移值；将荷载值、持荷时间和锚杆0位移平均值一一对应填写试验数据记录表，参照锚杆的基础特征值，如弹性模量和自由段长度等，实现评估锚杆的抗拔性能，如表2所示；绘制锚杆0位移随荷载变化的荷载-位移曲线图；

具体的，荷载、持荷时间和锚杆0位移平均值填写的试验数据记录表如表1所示。绘制的锚杆0位移随荷载变化的荷载-位移曲线图如图6所示，图中，横坐标为荷载值、纵坐标为锚杆位移值，图中o点显示了施加荷载前锚杆的位移值，图中p点为最大试验荷载和锚杆最大位移值的点，图中q点为斜载后的荷载对应的锚杆位移值，图中o-p段曲线为施加荷载过程锚杆的位移值变化曲线，图中的p-q段曲线为卸载荷载过程锚杆的位移值变化曲线。

表1：试验数据记录表

验收评估：选取试验最大荷载作为锚杆0抗拔承载力检测值，将锚杆0抗拔承载力检测值与验收荷载对比，评估锚杆0的抗拔承载性能；验算锚杆0自由段长度的理论弹性位移值，将锚杆理论弹性位移值与锚杆最大位移对比分析，评估锚杆的变形量。

具体的，根据规范要求，锚杆拉拔验收试验中，合格锚杆的判定应符合下列规定：(1)锚杆抗拔承载力检测值不应小于锚杆验收荷载；(2)锚杆变形应符合规定；(3)当设计有要求时，锚杆的总位移量应满足设计要求。

所述第(1)项，锚杆、土钉的抗拔承载力检测值按下列方法分析确定：单循环加卸载法，取前一级荷载值；

所述第(2)项所述锚杆的弹性变形验算符合如下规定：

1、支护锚杆弹性位移量验算应符合下列规定：实测弹性位移量可取为锚杆总位移与卸载至初始荷载时的锚头位移差；

a.杆体自由段长度的理论位移值，按下(1)式计算：

b.拉力型锚杆杆体自由段长度与

杆体粘结段长度之和的理论弹性位移值，可按下(2)式计算：

式中：ΔL₂从初始荷载至最大试验荷载，杆体自由段长度与

杆体粘结段长度之和的理论弹性位移值(mm)；其中，Q_max是最大试验荷载(kN)；Q₀是初始荷载(kN)；L_1b是杆体粘结段长度(m)；L_1f是杆体自由段长度(m)；E是杆体弹性模量(Mpa)；A_s是杆体横截面积(m²)。

拉力型支护锚杆实测弹性位移量大于该杆体自由段长度的理论弹性位移值(ΔL₁)的80％，且小于杆体自由端长度的

杆体粘结段长度之和的理论弹性位移值(ΔL₂)，评估为弹性位移量验收合格；压力型支护锚杆实测弹性位移量应大于该杆体自由段长度的理论躺下位移值(ΔL₁)的80％，且小于杆体自由端长度的12杆体粘结段长度之和的理论弹性位移值(ΔL₁)的120％，评估为弹性位移量验收合格。

2、土钉拉拔验收试验，应对同一条件的土钉抗拔承载力检测值进行统计评价，当满足下列调节时，可判定所检测的土钉拉拔验收试验结果满足要求：

(1)土钉的抗拔承载力检测值的平均值不应小于土钉验收荷载；

(2)土钉的抗拔承载力检测值的最小值不应小于土钉验收荷载的0.8倍；

具体的，通过本发明所述的基于光学成像的锚杆拉拔试验方法进行锚杆拉拔验收试验，得出如表1所示的试验数据，优选的，本实施例中所检测锚杆的验收荷载为120kN，最大试验荷载未120.11kN，锚杆未发生破坏，锚杆的抗拔承载力检测值不小于所述锚杆验收荷载；在规定的持荷时间10min内，所述锚杆的位移增量为0.19mm；符合在规定的持荷时间10min内锚杆的位移增量小于理论弹性位移值1.0mm，锚杆的评估锚杆的结果如表2，能够判断该锚杆验收合。

表2：锚杆评估结论表

实施例3

本发明提供了一种能够使用在实施例1或实施例2中的锚杆拉拔试验装置，如图3和图5所示，包括：加载装置1、靶标2、成像设备3和数字图像处理系统4；所述靶标2固定在所述锚杆0的侧面；所述靶标2的中心作为所述目标点；所述数字图像处理系统4用于获取所述目标点的坐标值和加载后相对于初始坐标的位移值。

需要说明的是，如图5所示，所述成像设备3可优选的使用相机，所述数字图像处理系统4能够将所述成像设备3中所成的靶标2的图像转换为的靶标图像中心点的目标点的位移值，本发明优选的使用与所述成像设备3匹配使用的数字图像处理系统4，采用型号为SNTN-X pro数字图像处理系统。通过在电脑或计算机设备上安装该数字图像处理系统，通过所述成像设备3对所述锚杆0上的靶标2进行成像，所述成像设备3通过光纤或数据线连接至所述数字图像处理系统4，所述数字图像处理系统4通过读取所述成像设备3传输的图像数字信号，靶标2随着加载装置1对锚杆0进行加载而移动，使所述成像设备拍摄得到随着锚杆0移动的多张靶标的图像，所述数字图像处理系统4以加载前锚杆0静止的靶标2图像的坐标值为初始坐标，以初始坐标为参照，通过数字图像处理计算出加载后靶标2参照目标点的位置坐标变化，即为靶标2移动的位移值。

此处需要的是，获取的所述“坐标值”包括所述目标点在加载前的初始坐标值和在加载后受荷载作用发生位移后的坐标值，参照加载前的初始坐标值，通过数字图像处理系统4获取得到目标点在加载后相对于加载前的位移值。

本实施例中，所述加载装置1为能够与所述锚杆0连接并对所述锚杆0加载沿锚杆轴向的加载力，具有为所述锚杆0提供荷载的作用，具体而言，优选的，如图5所示，将所述加载装置1设置为包括：穿心式千斤顶11和反力装置12；所述穿心式千斤顶11用于为所述锚杆0提供沿所述锚杆0轴向的荷载；所述反力装置12用于为所述穿心式千斤顶11提供反力支撑。所述穿心式千斤顶11通过液压或气压对所述锚杆轴向拉拔，所述穿心式千斤顶11支撑在反力装置12上实现对所述锚杆0提供荷载。

优选的，通过在所述数字图像处理系统4设置目标点位移值的阈值，所述数字图像处理系统4获取的所述目标点的位移值超过该阈值时能够发出警报。具体的，可根据试验规范给出的公式(3)，计算锚杆0的锚杆受荷载值下的理论位移值；在数字图像处理系统4中输入锚杆0的理论位移值作为目标点位移值的阈值，使数字图像处理系统4所获取的靶标2的位移数值达到该阈值时能显示给操作人员，操作人员通过报警的提示能够中止加载或终止加载，避免荷载值超过预设值或破坏锚杆。具体的，基础锚杆验收荷载应等于抗拔承载力特征值与锚杆抗拔安全系数的乘积，锚杆拉拔验收试验的最大试验荷载不应小于锚杆验收荷载，对系统锚杆承载力检测和土钉拉拔验收试验，宜取锚杆验收荷载的1.1～1.2倍；支护型锚杆、土钉，初始荷载宜取最大试验荷载的30％；基础锚杆宜取0，例如，根据锚杆试验要求，通常将锚杆最大试验荷载按设计要求取值120KN；则参照JGJT 401-2017试验规程，支护锚杆理论位移值按照式(3)计算：

式(3)中：ΔL₁是从初始荷载至最大试验荷载，锚杆自由段长度的理论弹性位移值(mm)，Q_max是最大试验荷载(kN)；Q₀是初始荷载(kN)，L_1f是锚杆自由段长度(m)，E是锚杆弹性模量(Mpa)，A_s是锚杆横截面积(m²)。

通过试验前准备，能够获取该锚杆的躺下模量E，锚杆的横截面积，因此在数字图像处理系统4中输入锚杆0的理论位移值ΔL₁作为目标点位移值的阈值，使使数字图像处理系统4所获取的目标点的位移值达到该阈值时，提示操作人员。

优选的，所述靶标2的光学对比度比所述锚杆0强。所述成像设备3对靶标成像；所述数字图像处理系统4将所述成像设备3中靶标的图像转换为靶标位移值的基础上，此处优选的，靶标2的光学对比度相比于所述锚杆0的光纤对比度强；将靶标2的颜色设置为黑色，所述锚杆通常为比黑色更浅的颜色，实现靶标2的光学对比度比所述锚杆0强，能够使靶标2所成的图像与所述锚杆0所成的图像在光学观测上具有明显区别。所述成像设备3更清晰的对靶标2进行成像，使所述数字图像处理系统4能够更精确的获取靶标2的图像数据，从而转换为更为精确的靶标的位移值，减小因图像失真造成的误差，从而进一步提高了试验的精确度。

优选的，靶标2为形状规则的平板。靶标2表面的中心设有标记点。还可优选的将靶标2设为正方形，所述成像设备3在拍摄靶标2和所述锚杆0成像中，能够将靶标与所述锚杆0的边界清晰成像，正方形的靶标2形状规则，与所述锚杆0具有长度相等的规则的边界，使图像处理系统4在识别所述靶标2的图像并计算转换为靶标2图像中目标点的位置坐标时减小计算量，有利于提高图像处理系统4对图像处理的效率。

本实施例优选的，如图5所示，所述成像设备3上还设置调节仪5，通过调平，所述成像设备能够正对靶标成像，在所述成像设备3上设置调节仪5，所述调节仪5的下部可使用三脚架支撑，所述调节仪5可优选的采用水泡调节仪，配合支撑板支撑在三角架上，实现调节所述成像设备3相对于地面的倾斜程度，使被测靶标2位移发生在一个平面内，使这个平面与图像平面相互平行，进一步减小因拍摄图像的失真造成的试验误差。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

a：选取锚杆（0）的杆身作为检测区域，通过光学成像获取所述检测区域的图像，选取所述检测区域图像中的一点作为检测的目标点，获取所述目标点在荷载加载前的初始坐标值；

b：对所述锚杆（0）施加荷载，记录每次荷载值和对应持荷阶段的持荷时间，并获取所述检测区域在对应持荷阶段的图像，获取所述目标点在对应持荷阶段的坐标值，进而得出每个持荷阶段所述目标点在加载后相对于加载前的位移值。

2.根据权利要求1所述的基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，其特征在于，所述目标点在对应持荷阶段的位移值的获取次数≥2次。

3.根据权利要求1所述的基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，其特征在于，步骤a中所述检测区域的图像包含多个所述锚杆（0）的检测区域；根据多个所述检测区域图像，获取多个所述目标点的位移值。

4.根据权利要求3所述的基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，其特征在于，对系统锚杆进行锚杆拉拔验收试验，还包括数据处理：

选取每个所述锚杆（0）每次施加荷载的最大值作为对应所述锚杆（0）的抗拔承载力检测值；将多个所述锚杆（0）的抗拔承载力检测值的平均值作为系统锚杆的抗拔承载力检测值；根据系统锚杆的抗拔承载力检测值评估系统锚杆的抗拔承载性能以对系统锚杆进行锚杆拉拔验收试验。

5.根据权利要求1所述的基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，其特征在于，步骤b中获取的所述目标点的位移值还包含沿锚杆（0）径向的位移值。

6.根据权利要求1所述的基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，其特征在于，用于对锚杆（0）锚杆拉拔验收试验，每段持荷时间都不少于十分钟；每段持荷时间相等；将每段持荷时间目标点位移值的平均值作为每次荷载对应的所述锚杆（0）位移值。

7.一种锚杆拉拔试验装置，其特征在于，用于如权利要求1-6任意一项所述的基于光学成像的锚杆拉拔试验方法，包括：加载装置（1）、靶标（2）、成像设备（3）和数字图像处理系统（4）；所述靶标（2）固定在所述锚杆（0）的侧面；所述靶标（2）的中心作为所述目标点；所述数字图像处理系统（4）用于获取所述目标点的坐标值和加载后相对于初始坐标的位移值。

8.根据权利要求7所述的锚杆拉拔试验装置，其特征在于，通过在所述数字图像处理系统（4）设置目标点位移值的阈值，所述数字图像处理系统（4）获取的所述目标点的位移值超过该阈值时能够发出警报。

9.根据权利要求7所述的锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述靶标（2）的光学对比度比所述锚杆（0）强。

10.根据权利要求7所述的锚杆拉拔试验装置，其特征在于，靶标（2）为形状规则的平板。

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