多层圆柱状波导结构广泛应用于各类生产活动中,从最常见的输送各种流体介质的管道到岩土工程中的桩基基础以及地下工程中用来支护围岩的锚杆锚固结构。这些结构在使用中不可避免地造成各种损坏,如果无法实时快速检测这些结构的在役状态会对生产实践造成较大的危害。尤其对于埋藏于无限岩体中的锚杆结构属于隐蔽工程,无法通过直接接触的方法对锚杆的锚固质量进行检测,而现有的检测方法如拉拔法和取芯法均属于破损性检测,并且检测成本高、效率低。研究一种高效的锚杆锚固质量的无损检测方法已经成为岩土工程界一个亟待解决的课题。锚杆无损检测一般采用在锚杆外露端头输入激发波同时记录从锚杆底端的反射回波,通过从完整波形图的时域及频域曲线提取与锚杆锚固参数相关的波形参数来实现,因此最大限度减少波的能量损失获得完整波形是基础。本文利用弹性动力学理论研究了超声导波在多层不同介质柱状结构中传播规律,并建立了通用的计算模型。通过数值计算获得导波在不同锚固结构中传播的频散曲线,然后确定了衰减较小的潜在检测导波的波结构并优选出适合锚杆锚固结构无损检测的最佳导波模态,并利用有限元数值计算结合实验测试的方法对所获得的最佳测试模态进行验证。主要的研究工作内容如下:1)简述了利用弹性动力学理论建立简单结构中导波频散方程的基本过程,并对自由杆频散方程的求解过程及获得的频散曲线进行了分析,讨论了导波的一些相关概念。2)建立了超声导波在多层不同柱状介质结构中传播的通用计算模型。分析了自由锚杆、锚杆和混凝土砂浆两层锚固结构、锚杆、锚固剂和围岩三层锚固结构中的导波传播规律,建立了相应的计算模型。3)采用MATLAB软件对计算模型进行了数值求解,获得了三种不同锚固结构条件下的频散方程,分析了三种不同模态（F、T、L）的频率、波数、衰减三个变量的空间曲线。推导获得相速度与频率、衰减与频率之间的定量关系,并根据不同模态的衰减特征,确定了采用纵波模态作为锚固结构无损检测的优选模态。4)分析了现场锚固锚杆的不同使用场景,通过改变锚固剂材料参数及厚度、不同围岩材料参数研究了这些参数对导波传播规律的影响。5)根据导波的衰减特性对选定的模态进行了波结构计算,确定了测试激发波在锚杆锚固结构横截面的轴向位移与径向位移分布规律。6)利用计算得到的最优激发波进行了锚固结构中纵波导波传播的实验测试与有限元计算模拟验证,计算、实验与模拟结果均能较好吻合。7)采用理论分析及数值模拟方法证实了诸多文献及本课题组实验测试中获得的周期性反射信号的物理本质。这些周期反射是由有限波导结构形成的,并不适用于现场检测中的无限围岩锚固中的锚杆无损检测。这些研究成果对锚杆无损检测的相关研究具有较大的指导意义。