本發(fā)明涉及地下工程支護(hù)材料試驗(yàn)領(lǐng)域，特別是涉及用于測(cè)試高應(yīng)力環(huán)境錨桿或錨索錨固界面力學(xué)性能的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)煤炭資源需求量的日益提高，煤炭資源開(kāi)采強(qiáng)度逐年增加，淺部煤炭資源基本趨于枯竭，我國(guó)大部分礦井開(kāi)始呈現(xiàn)出“向深部開(kāi)采”的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)?shù)V井開(kāi)采超過(guò)某一臨界深度后，受深部“三高一擾動(dòng)”因素影響，圍巖所處地質(zhì)力學(xué)環(huán)境更加復(fù)雜多變，在淺部呈現(xiàn)出硬巖特征的巖石，則會(huì)呈現(xiàn)出軟巖大變形、大地壓、難支護(hù)的非線性破壞特征，極易產(chǎn)生強(qiáng)巖爆、突水、頂板冒落等安全事故，這給我國(guó)礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大威脅。

作為一種有效的支護(hù)技術(shù)，錨桿(索)可充分調(diào)動(dòng)軟弱圍巖自承能力，有效控制圍巖變形破壞，在我國(guó)礦山領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。眾所周知，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)錨固技術(shù)施工完畢后，所構(gòu)成的錨固系統(tǒng)由錨桿(索)桿體、錨固劑與圍巖的三種介質(zhì)共同組成，包含錨桿(索)-錨固劑與錨固劑-圍巖兩個(gè)界面。沿錨桿(索)錨固段軸向取一定長(zhǎng)度范圍，通過(guò)等比例制作錨固體模型試件(包括錨桿(索)桿體、錨固劑及桿體周圍一定范圍圍巖)，開(kāi)展室內(nèi)拉拔試驗(yàn)，分析在拉拔荷載作用下錨桿(索)從圍巖拔出過(guò)程中的力學(xué)失效行為，是研究錨固系統(tǒng)界面力學(xué)性能的一種有效手段。

然而，當(dāng)?shù)叵马鲜衣裆钶^大，地應(yīng)力水平較高，圍巖應(yīng)力大小也是影響錨固系統(tǒng)承載性能的一個(gè)重要因素。但是現(xiàn)有拉拔試驗(yàn)中還較少考慮該因素，相關(guān)試驗(yàn)研究成果也未曾見(jiàn)到。尤其，人們一般習(xí)慣將錨桿(索)桿體、錨固劑及巖土體構(gòu)成的錨固體試件加工成圓柱形模型，若采用傳統(tǒng)液壓油缸配合剛性推力器的方式，從圓柱體表面沿環(huán)向施加徑向均布圍巖壓力，實(shí)現(xiàn)難度較大，需對(duì)油缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)才可滿足要求，且由于與傳統(tǒng)液壓油缸配合的剛性加載推力器與圓柱形錨固體模型試件表面接觸面積也非常有限，無(wú)法保證圓柱形模型表面圍巖壓力沿環(huán)向分布的均勻性。一旦試驗(yàn)過(guò)程圓柱形錨固體模型受到非均勻加載壓力作用而產(chǎn)生非對(duì)稱開(kāi)裂或擠壓變形，錨固體模型橫斷面將難以保證圓形，進(jìn)而無(wú)法有效模擬模型表面環(huán)向均布圍巖應(yīng)力作用，降低試驗(yàn)精度。

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了用于測(cè)試高應(yīng)力環(huán)境錨桿或錨索錨固界面力學(xué)性能的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，可予以有效解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明還提供了一種試驗(yàn)用錨桿或錨索夾持機(jī)構(gòu)，該夾持機(jī)構(gòu)可用于錨桿或錨索拉拔試驗(yàn)中對(duì)錨桿或錨索桿體的自動(dòng)夾持與松開(kāi)，簡(jiǎn)單方便，而且牢固可靠。

一種試驗(yàn)用錨桿或錨索夾持機(jī)構(gòu)的具體方案如下：

一種試驗(yàn)用錨桿或錨索夾持機(jī)構(gòu)，包括中空自動(dòng)加載油缸，中空自動(dòng)加載油缸包括中空缸筒，中空缸筒內(nèi)設(shè)置中空活塞筒，中空活塞筒的動(dòng)力輸出端與夾持圓盤連接；

夾持圓盤中心部位開(kāi)有錐形圓槽，錐形圓槽頂部設(shè)置環(huán)形槽蓋，錐形圓槽底部中心部位設(shè)置中空套管，中空套管與中空缸筒連接，錐形圓槽內(nèi)設(shè)置錐形鎖塊，錐形鎖塊與環(huán)形槽蓋之間設(shè)置高強(qiáng)錐形壓簧，高強(qiáng)錐形壓簧與環(huán)形槽蓋內(nèi)圈部位設(shè)置中空錐形圓套，錐形鎖塊包括至少兩塊，錐形鎖塊在與夾持圓盤的相對(duì)移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)夾持與張開(kāi)；待測(cè)模型錨桿或錨索可穿過(guò)環(huán)形槽蓋、錐形鎖塊、中空錐形圓套、中空套管和中空缸筒設(shè)置。

上述夾持機(jī)構(gòu)，第一動(dòng)力源可以是風(fēng)動(dòng)油箱泵，由其控制中空缸筒內(nèi)活塞筒的移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)夾持圓盤的上移和下移。當(dāng)夾持圓盤下移時(shí)，可使中空套管頂端頂住錐形鎖塊，使錐形鎖塊上移壓縮錐形壓簧，并保持自動(dòng)張開(kāi)，錨桿或錨索桿體可自由穿過(guò)，而當(dāng)夾持圓盤上移時(shí)，中空套管頂端與錐形鎖塊分開(kāi)，錐形鎖塊在高強(qiáng)壓簧作用下下移，可實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿或錨索桿體的自動(dòng)夾持。隨著中空自動(dòng)加載油缸進(jìn)油油液壓力的增大，夾持圓盤持續(xù)上移，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿或錨索桿體拉拔荷載的施加。

進(jìn)一步地，所述中空錐形圓套頂部固定在所述環(huán)形槽蓋內(nèi)環(huán)表面，可以通過(guò)螺紋進(jìn)行緊固；

錐形鎖塊在錐形圓槽底部閉合后，為中空錐形體，外圈表面底部為錐形面，頂部設(shè)有臺(tái)階，內(nèi)圈表面底部為圓柱面，頂部為錐形面；

所述的錐形鎖塊外圈表面底部錐形面、內(nèi)圈表面頂部錐形面與所述的中空錐形圓套外圈表面、錐形圓槽內(nèi)圈表面錐形圓面傾斜角度一致，可形成使錐形鎖塊沿錐形圓槽上下自由移動(dòng)的錐形通道。

進(jìn)一步地，所述中空套管的外側(cè)中部可設(shè)置外伸臺(tái)階以與中空缸筒上表面通過(guò)緊固件進(jìn)行鎖緊。

進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了用于測(cè)試高應(yīng)力環(huán)境錨桿或錨索錨固界面力學(xué)性能的試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同圍巖應(yīng)力、不同加載方式等因素影響下，圓柱形錨桿(索)錨固體模型界面力學(xué)性能的自動(dòng)加載測(cè)試與控制。

該試驗(yàn)系統(tǒng)的具體方案如下：

用于測(cè)試高應(yīng)力環(huán)境錨桿或錨索錨固界面力學(xué)性能的試驗(yàn)系統(tǒng)，包括：

底座，底座表面設(shè)置壁筒，壁筒內(nèi)設(shè)置環(huán)狀高壓加載氣囊，壁筒頂部可設(shè)置環(huán)形封板，在環(huán)狀高壓加載氣囊內(nèi)環(huán)表面設(shè)置柔性約束箍套，柔性約束箍套內(nèi)圈設(shè)置錨固圍巖模型，錨固圍巖模型中心設(shè)置用于安裝錨桿或錨索桿體的鉆孔；

底座表面圍繞壁筒還設(shè)有支柱，所述的一種試驗(yàn)用錨桿或錨索夾持機(jī)構(gòu)通過(guò)支柱設(shè)于所述壁筒的上方；

所述底座可為圓環(huán)板形，底座內(nèi)圈安裝有環(huán)形底蓋，環(huán)形底蓋上表面外邊緣處設(shè)有凸起圓肋，環(huán)形底蓋內(nèi)圈安裝有中心底蓋，中心底蓋尺寸與錨固圍巖模型鉆孔尺寸一致；

所述的環(huán)形封板內(nèi)圈部位設(shè)有環(huán)形頂蓋，環(huán)向頂蓋內(nèi)圈設(shè)有中心頂蓋，中心頂蓋尺寸與錨固圍巖模型鉆孔尺寸一致；

所述柔性約束箍套包括多個(gè)設(shè)置成圓筒形狀的弧形傳力板，相鄰的弧形傳力板間隔設(shè)定距離設(shè)置，弧形傳力板的上下兩端均設(shè)置弧形套管，弧形套管內(nèi)部設(shè)置弧形壓簧，相鄰的弧形套管之間通過(guò)弧形連桿連接，在環(huán)狀高壓加載氣囊充氣約束下，弧形連桿端頭可壓縮弧形壓簧，柔性約束箍套可實(shí)現(xiàn)內(nèi)縮以對(duì)錨固圍巖模型提供環(huán)向約束力，并保證收縮過(guò)程中橫斷面可始終保持圓形。當(dāng)柔性約束箍套處于松弛狀態(tài)時(shí)，其外徑與環(huán)狀高壓加載氣囊內(nèi)圈直徑一致；

進(jìn)一步地，所述弧形傳力板內(nèi)表面可黏貼薄層柔性橡膠；所述的薄層柔性橡膠直接作用于待測(cè)錨桿或錨索錨固體模型表面。所述中空自動(dòng)加載油缸中中空缸筒與第一動(dòng)力源連接，環(huán)狀高壓加載氣囊通過(guò)氣管與第二動(dòng)力源連接，所述的第一動(dòng)力源、第二動(dòng)力源分別與控制器單獨(dú)連接；所述的第二動(dòng)力源為氣泵，由其控制環(huán)狀高壓加載氣囊充氣、排氣。

進(jìn)一步地，在環(huán)狀高壓加載氣囊內(nèi)設(shè)置氣壓傳感器，中空自動(dòng)加載油缸內(nèi)設(shè)有油壓傳感器，夾持圓盤部位設(shè)有位移傳感器，錨桿或錨索桿體設(shè)有應(yīng)力傳感器，各類傳感器分別與控制器單獨(dú)連接。

上述的試驗(yàn)系統(tǒng)還包括階梯筒狀模具，階梯筒狀模具可活動(dòng)設(shè)于所述環(huán)狀高壓加載氣囊內(nèi)側(cè)；進(jìn)一步地，階梯筒狀模具沿豎向中心剖面被切割成兩半，階梯筒狀模具外表面設(shè)置至少兩個(gè)臺(tái)階，每個(gè)臺(tái)階處可采用鋼制圓環(huán)進(jìn)行套箍約束，內(nèi)表面底部環(huán)向周圈設(shè)有階梯狀缺口，缺口尺寸與環(huán)形底蓋上表面凸起圓肋尺寸一致。進(jìn)一步地，所述的中空自動(dòng)加載油缸固定于環(huán)形橫板中部，環(huán)向橫板固定在所述的立柱上，并可沿立柱上下移動(dòng)設(shè)置。

本發(fā)明還提供了用于測(cè)試高應(yīng)力環(huán)境錨桿或錨索錨固界面力學(xué)性能的試驗(yàn)方法，采用所述的用于測(cè)試高應(yīng)力環(huán)境錨桿或錨索錨固界面力學(xué)性能的試驗(yàn)系統(tǒng)，具體步驟如下：

1)移去壁筒頂部環(huán)形封板、環(huán)形頂蓋及中心頂蓋，對(duì)環(huán)狀高壓加載氣囊進(jìn)行卸載，使柔性約束箍套張開(kāi)，安裝階梯筒狀模具，并采用事先配制好的圍巖模擬材料，制作圓柱形錨固圍巖模型；

2)移走階梯筒狀模具，并封閉環(huán)形封板、環(huán)形頂蓋及中心頂蓋等構(gòu)件，對(duì)環(huán)狀高壓加載氣囊進(jìn)行充氣，模擬圓柱形錨固圍巖模型環(huán)向均布圍巖應(yīng)力作用；

3)拆去中心頂蓋與中心底蓋，沿拆去頂蓋、底蓋位置，對(duì)圓柱形錨固圍巖模型鉆孔，并利用錨固劑進(jìn)行錨桿或錨索安裝；

4)通過(guò)夾持機(jī)構(gòu)對(duì)錨桿或錨索桿體頂部外露部分進(jìn)行夾持，采用階梯式分級(jí)加載、循環(huán)加卸載或恒定荷載的方式，對(duì)錨桿或錨索的進(jìn)行拉拔，并在試驗(yàn)過(guò)程中記錄相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

5)當(dāng)錨桿或錨索從錨固圍巖模型中拔出時(shí)，夾持機(jī)構(gòu)松開(kāi)錨桿或錨索，環(huán)狀高壓加載氣囊出氣，移去環(huán)形封板、環(huán)形頂蓋及待測(cè)錨固圍巖模型，試驗(yàn)結(jié)束，可進(jìn)行下一試驗(yàn)循環(huán)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)考慮了圍巖應(yīng)力影響，采用壁筒、環(huán)狀高壓加載氣囊、柔性約束箍套及薄層柔性橡膠等構(gòu)件，可有效模擬圓柱形錨固體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力作用，符合高應(yīng)力環(huán)境下錨固體受力特點(diǎn)，使傳統(tǒng)的錨固體模型拉拔試驗(yàn)更為真實(shí)有效。

2)采用柔性約束箍套，可有效保證圓柱形錨固體模型，在加載過(guò)程中橫斷面始終保持圓形，實(shí)現(xiàn)軸對(duì)稱圍巖應(yīng)力加載。有效避免受加工制作精度影響使模型出現(xiàn)斷面非真正圓形、或沿環(huán)向存在加工缺陷、或模型加載變形開(kāi)裂等問(wèn)題時(shí)，產(chǎn)生徑向加載不均勻現(xiàn)象，使錨固體試件產(chǎn)生非對(duì)稱變形破壞，從而影響試驗(yàn)精度。

3)柔性約束箍套通過(guò)配合使用環(huán)狀高壓加載氣囊、柔性薄層橡膠，使加載裝置在對(duì)錨固體試件傳力時(shí)，作用在圓柱形錨固體模型表面徑向加載壓力分布更為均勻，避免傳統(tǒng)傳力板剛性加載造成模型表面受力不均勻現(xiàn)象，提高試驗(yàn)加載精度。

4)柔性約束箍套通過(guò)利用端部弧形套管、弧形壓簧、弧形連桿、弧形傳力板等構(gòu)件，可實(shí)現(xiàn)徑向自由伸縮，可用于滿足不同直徑圍巖錨固體模型的加載。

5)采用中空自動(dòng)加載油缸，并配合立柱、環(huán)形橫板等構(gòu)件，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同長(zhǎng)度錨桿(索)桿體的自動(dòng)夾持與松開(kāi)，拆卸方便便于操作。

6)通過(guò)利用控制器，并配合風(fēng)動(dòng)油箱泵、高壓氣泵及各類測(cè)試傳感器，可有效模擬不同圍巖應(yīng)力狀態(tài)及加載方式(循環(huán)加卸載、階梯加載、恒定荷載)等工況，整套試驗(yàn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制且功能高效。

7)通過(guò)將階梯筒狀模具直接安裝于底座，可實(shí)現(xiàn)錨固圍巖模型的原位加工制作，無(wú)需模型的搬運(yùn)，尤其對(duì)于較軟弱錨固圍巖模型，可有效避免模型搬運(yùn)過(guò)程產(chǎn)生開(kāi)裂或損壞等現(xiàn)象。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖

圖中所示：圖1為本發(fā)明實(shí)施例待測(cè)錨桿錨固體模型安裝之前的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例待測(cè)錨桿錨固體模型制作時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例待測(cè)錨桿錨固體模型安裝完成時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的中空自動(dòng)加載油缸中心剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的錐形鎖塊三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的中空錐形圓套三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的h形中空套管三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8(a)為本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)形槽蓋豎向中心斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8(b)為本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)形槽蓋頂部俯視平面圖；

圖9(a)為本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)形底蓋豎向中心斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9(b)為本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)形底蓋頂部俯視平面圖；

圖10(a)為本發(fā)明實(shí)施例的階梯筒狀模具豎向中心斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10(b)為本發(fā)明實(shí)施例的階梯筒狀模具頂部俯視平面圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例的柔性約束箍套三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例的柔性約束箍套端部弧形套管與弧形連桿連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為圖3中a-a斷面俯視圖；

圖14為圖3中b-b斷面俯視圖；

圖15為圖3中c-c斷面俯視圖；

其中：1-圓形底座；2-環(huán)形底蓋；3-中心底蓋；4-螺紋立柱；5-環(huán)形橫板；6-中空自動(dòng)加載油缸；7-圓形壁筒；8-環(huán)形封板；9-環(huán)形頂蓋；10-中心頂蓋；11-環(huán)狀高壓加載氣囊；12-柔性約束箍套；13-薄層柔性橡膠；14-風(fēng)動(dòng)油箱泵；15-高壓氣泵；16-中心控制系統(tǒng)；17-油管；18-氣管；19-階梯筒狀模具；20-錨桿；21-錨固劑；22-圍巖；23-鋼制圓環(huán)；24-活塞筒；25-中空缸筒；26-夾持圓盤；27-錐形鎖塊；28-高強(qiáng)錐形壓簧；29-中空錐形圓套；30-環(huán)形槽蓋；31-h形中空套管；32-弧形套管；33-弧形壓簧；34-弧形連桿；35-弧形傳力板。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，為了解決如上的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽擞糜跍y(cè)試高應(yīng)力環(huán)境錨桿或錨索錨固界面力學(xué)性能的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。

本申請(qǐng)的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1-6，圖13-圖15所示，一種用于測(cè)試高應(yīng)力環(huán)境錨桿(索)錨固界面力學(xué)性能的試驗(yàn)系統(tǒng)，包括圓形底座1、環(huán)形底蓋2、中心底蓋3、螺紋立柱4、環(huán)形橫板5、中空自動(dòng)加載油缸6、圓形壁筒7、環(huán)形封板8、環(huán)形頂蓋9、中心頂蓋10、環(huán)狀高壓加載氣囊11、柔性約束箍套12、薄層柔性橡膠13、風(fēng)動(dòng)油箱泵14、高壓氣泵15、中心控制系統(tǒng)16、油管17、氣管18、階梯筒狀模具19、錨桿20、錨固劑21、圍巖22。

所述的圓形底座1、螺紋立柱4、環(huán)形橫板5組成了試驗(yàn)系統(tǒng)的軸向反力裝置。所述的圓形壁筒7、環(huán)形封板8、環(huán)形頂蓋9、中心頂蓋10組成了試驗(yàn)系統(tǒng)的環(huán)向反力裝置，安裝于圓形底座1上表面。

所述的圓形底座1為圓環(huán)板形，沿外環(huán)周圈底面均勻間隔設(shè)有若干個(gè)固定支撐，供試驗(yàn)系統(tǒng)支撐于地表或其他試驗(yàn)臺(tái)表面。圓形底座1外環(huán)周圈位置沿環(huán)向均勻設(shè)置一系列圓孔，供螺紋立柱4與環(huán)向反力裝置通過(guò)螺栓(母)進(jìn)行固定，圓形底座1內(nèi)環(huán)內(nèi)側(cè)通過(guò)螺紋連接安裝有環(huán)形底蓋2，如圖9(a)和圖9(b)所示，環(huán)形底蓋2上表面外邊緣處設(shè)有凸起圓肋，環(huán)形底蓋2下表面設(shè)有圓環(huán)槽以方便拆除環(huán)形底蓋2，供待測(cè)錨固體模型及階梯筒狀模具19固定，環(huán)形底蓋2內(nèi)環(huán)內(nèi)側(cè)通過(guò)螺紋連接安裝有中心底蓋3，中心底蓋3尺寸與待測(cè)模型圍巖22鉆孔尺寸一致。

所述的螺紋立柱4共4根，沿桿長(zhǎng)方向通長(zhǎng)設(shè)置螺紋，螺紋立柱4底端穿過(guò)圓形底座1，通過(guò)高強(qiáng)螺母進(jìn)行固定。所述的環(huán)形橫板5為圓環(huán)狀，外徑與圓形底座1外徑一致，內(nèi)徑與中空自動(dòng)加載油缸6外徑一致，環(huán)形橫板5內(nèi)環(huán)周圈位置沿環(huán)向均勻設(shè)置一系列圓孔，供中空自動(dòng)加載油缸6通過(guò)螺栓固定，外環(huán)周圈位置沿環(huán)向均勻設(shè)置4個(gè)圓孔，圓孔錐形圓槽位置、尺寸與螺紋立柱4位置、直徑一致，環(huán)形橫板5通過(guò)高強(qiáng)螺母固定于螺紋立柱4的頂部。

所述的圓形壁筒7底部與頂部分別設(shè)置有外伸翼緣，底部外伸翼緣與圓形底座1之間、頂部外伸翼緣與環(huán)形封板8之間分別通過(guò)螺栓進(jìn)行連接。所述的環(huán)形封板8內(nèi)環(huán)內(nèi)側(cè)通過(guò)螺紋連接安裝有環(huán)形頂蓋9，環(huán)形頂蓋9內(nèi)環(huán)內(nèi)側(cè)通過(guò)螺紋連接安裝有中心頂蓋10，中心頂蓋10尺寸與待測(cè)模型圍巖22鉆孔尺寸一致。

所述的中空自動(dòng)加載油缸6為中空?qǐng)A筒狀，由中空活塞筒24、中空缸筒25、夾持圓盤26等構(gòu)件組成。所述的中空活塞筒24底部嵌于中空缸筒25內(nèi)部，頂部與夾持圓盤26相連。所述的中空缸筒25頂部設(shè)有水平外伸翼緣，并在外伸翼緣部分沿環(huán)向設(shè)有一系列圓形錐形圓槽，錐形圓槽位置、尺寸與環(huán)形橫板5內(nèi)環(huán)周圈位置圓孔一致，中空自動(dòng)加載油缸6通過(guò)螺栓固定在環(huán)形橫板5中心位置。所述的夾持圓盤26中心位置設(shè)有錐形圓槽，錐形圓槽內(nèi)部安裝有自動(dòng)夾持裝置，包括錐形鎖塊27、高強(qiáng)錐形壓簧28、中空錐形圓套29、環(huán)形槽蓋30。所述的錐形鎖塊27共包括3塊，安裝于錐形圓槽底部；錐形鎖塊27在錐形圓槽底部閉合后，為中空錐形體，外表面底部為錐形面，頂部設(shè)有臺(tái)階，內(nèi)表面底部為圓柱面，頂部為錐形面；外表面底部錐形面與內(nèi)表面頂部錐形面傾斜角度一致。所述的高強(qiáng)錐形壓簧28安裝于錐形鎖塊27頂部臺(tái)階處，高強(qiáng)錐形壓簧28頂部為環(huán)形槽蓋30，如圖8(a)和圖8(b)所示，所述的環(huán)形槽蓋30通過(guò)螺紋固定在錐形圓槽頂部，所述的中空錐形圓套29通過(guò)螺紋固定在環(huán)形槽蓋30內(nèi)環(huán)表面，中空錐形圓套29外表面、錐形圓槽內(nèi)表面錐形圓面傾斜角度一致，共同形成了錐形通道，可使錐形鎖塊27沿錐形通道上下自由移動(dòng)。所述的夾持圓盤26下部中心位置，安裝有h形中空套管31，如圖7所示，h形中空套管31通過(guò)螺紋固定在中空缸筒25頂部中心位置。當(dāng)中空自動(dòng)加載油缸6出油時(shí)，夾持圓盤26下移，可使h形中空套管31頂端頂住錐形鎖塊27，使錐形鎖塊27沿錐形通道上移壓縮高強(qiáng)錐形壓簧28，并保持自動(dòng)張開(kāi)，錨桿20可自由穿過(guò)，而當(dāng)油缸進(jìn)油時(shí)，夾持圓盤26上移，h形中空套管31頂端與錐形鎖塊27分開(kāi)，錐形鎖塊27在高強(qiáng)錐形壓簧28作用下下移，可實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿20的自動(dòng)夾持。

所述的環(huán)狀高壓加載氣囊11安裝于環(huán)向反力裝置內(nèi)部，采用高強(qiáng)纖維織布與高分子聚合物的涂覆復(fù)合物進(jìn)行制作，為環(huán)狀筒結(jié)構(gòu)，通過(guò)利用氣管18進(jìn)氣、出氣，可實(shí)現(xiàn)氣囊加載、卸載。所述的柔性約束箍套12黏貼于環(huán)狀高壓加載氣囊11內(nèi)環(huán)表面，由端部弧形套管32、弧形壓簧33、弧形連桿34、弧形傳力板35組成，為圓筒狀結(jié)構(gòu)，如圖11-圖12所示。所述的弧形套管32安裝于弧形傳力板35的上、下兩端部，所述的弧形壓簧33安裝于端部弧形套管32內(nèi)，所述的弧形連桿34端頭內(nèi)置于弧形套管32內(nèi)部，并與弧形壓簧33端部相連。所述的薄層柔性橡膠13黏貼于弧形傳力板內(nèi)表面，尺寸大小與弧形傳力板35一致，薄層柔性橡膠13外表面直接作用于待測(cè)錨固模型試件表面。在環(huán)狀高壓加載氣囊11加載約束作用下，弧形連桿34端頭可壓縮弧形壓簧33，實(shí)現(xiàn)柔性約束箍套12內(nèi)縮，并保證收縮過(guò)程中橫斷面可始終保持圓形。當(dāng)柔性約束箍套12處于松弛狀態(tài)時(shí)，其外徑與環(huán)狀高壓加載氣囊11內(nèi)環(huán)直徑一致。

所述的風(fēng)動(dòng)油箱泵14通過(guò)油管17與中空自動(dòng)加載油缸6相連，所述的高壓氣泵15通過(guò)氣管18與環(huán)狀高壓加載氣囊11、風(fēng)動(dòng)油箱泵14相連，所述的中心控制系統(tǒng)16(控制器，可以是計(jì)算機(jī)或者plc控制器)與風(fēng)動(dòng)油箱泵14、高壓氣泵15相連，并通過(guò)利用安裝于環(huán)狀高壓加載氣囊11內(nèi)表面的氣壓傳感器、安裝于中空自動(dòng)加載油缸6的油壓傳感器等監(jiān)測(cè)元件，可實(shí)現(xiàn)加載油壓、氣壓的定量輸出，滿足不同圍巖應(yīng)力狀態(tài)及加載方式(循環(huán)加卸載、階梯加載、恒定荷載)下錨桿20錨固體錨固界面力學(xué)性能的測(cè)試。

所述的階梯筒狀模具19沿豎向中心剖面被切割成兩部分，如圖10(a)和圖10(a)所示，兩部分對(duì)接后外表面含有上下兩個(gè)臺(tái)階，每個(gè)臺(tái)階處可采用鋼制圓環(huán)23進(jìn)行套箍約束，內(nèi)表面底部環(huán)向周圈設(shè)有階梯狀缺口，缺口尺寸與圓形底座1環(huán)形底蓋2凸起圓肋尺寸一致。試驗(yàn)前可將階梯筒狀模具19安裝于圓形底座1環(huán)形底蓋2上表面，用于制作待測(cè)錨固圍巖模型22。

所述一種用于測(cè)試高應(yīng)力環(huán)境錨桿(索)錨固界面力學(xué)性能的試驗(yàn)系統(tǒng)，具體操作方法為：

步驟1：圓柱形錨固圍巖模型22制作

1-1沿螺紋立柱4上移環(huán)形橫板5及中空自動(dòng)加載油缸6，并利用高強(qiáng)螺母進(jìn)行固定；

1-2移去環(huán)向反力裝置環(huán)形封板8、環(huán)形頂蓋9及中心頂蓋10，對(duì)環(huán)狀高壓加載氣囊11進(jìn)行卸載，使柔性約束箍套12張開(kāi)，為安裝階梯筒狀模具19預(yù)留充足空間；

1-3沿圓形底座1環(huán)形底蓋2凸起圓肋，安裝階梯筒狀模具19，并在筒狀模具外表面上下臺(tái)階處采用鋼制圓環(huán)23在外表面階梯處進(jìn)行套箍約束；

1-4在階梯筒狀模具19內(nèi)表面均勻涂抹一層凡士林油膏，并采用事先配制好的圍巖模擬材料，通過(guò)澆筑或逐層夯實(shí)的方式，制作圓柱形錨固圍巖模型22；

1-5待模型制作完畢，養(yǎng)護(hù)風(fēng)干完成后，移走階梯筒狀模具19，并封閉好環(huán)向反力裝置環(huán)形封板8、環(huán)形頂蓋9及中心頂蓋10等構(gòu)件。

步驟2：模型表面圍巖應(yīng)力加載

2-1對(duì)環(huán)狀高壓加載氣囊11進(jìn)行充氣，當(dāng)薄層柔性橡膠13與模型表面接觸壓力達(dá)到設(shè)計(jì)圍巖應(yīng)力值的3％時(shí)，停止加載，使錨固圍巖模型22與加載裝置均勻接觸；

2-2采用階梯式分級(jí)加載的方式，對(duì)環(huán)狀高壓加載氣囊11進(jìn)行充氣加載，每級(jí)荷載控制在5kn～20kn之間，待每級(jí)荷載穩(wěn)定3min后，方可進(jìn)行下一級(jí)荷載的加載，直至圍巖應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，停止加載。

步驟3：錨固圍巖模型22鉆孔及錨桿20安裝

3-1拆去環(huán)向反力裝置的中心頂蓋10與中心底蓋3；

3-2沿移去中心頂蓋10與中心底蓋3位置，利用鉆機(jī)對(duì)圓柱形錨固圍巖模型22進(jìn)行鉆孔；

3-3模型鉆孔完成后，安裝中心底蓋3，并利用水泥砂漿錨固劑或樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨桿20固定安裝。

步驟4：錨固模型拉拔測(cè)試

4-1下移環(huán)形橫板5及中空自動(dòng)加載油缸6，使錨桿20桿體上端外露部分頂端伸入中空自動(dòng)加載油缸6的自動(dòng)夾持裝置內(nèi)部；

4-2利用進(jìn)油管17對(duì)中空自動(dòng)加載油缸6進(jìn)行充油，使夾持圓盤26上移，實(shí)現(xiàn)錐形鎖塊27對(duì)錨桿20桿體的自動(dòng)夾持；

4-3對(duì)中空自動(dòng)加載油缸6繼續(xù)進(jìn)行充油加載，待錨桿20拉力值達(dá)到設(shè)計(jì)拉力值的3％時(shí)，停止加載；

4-4采用階梯式分級(jí)加載的方式，對(duì)錨桿20進(jìn)行拉拔，每級(jí)荷載控制在5kn～20kn之間，待每級(jí)荷載穩(wěn)定3min后，方可進(jìn)行下一級(jí)荷載的加載；

4-5記錄拉拔測(cè)試過(guò)程中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

步驟5：測(cè)試結(jié)束

5-1當(dāng)錨桿20試件從錨固圍巖模型22中拔出時(shí)，標(biāo)志著試驗(yàn)結(jié)束，此時(shí)可停止加載；

5-2上移環(huán)形橫板5及中空自動(dòng)加載油缸6，留出下部足夠空間，以防止中空自動(dòng)加載油缸6回油、夾持圓盤26下移時(shí)，被拔出錨固試件底端觸碰環(huán)向反力裝置頂端；

5-3對(duì)中空自動(dòng)加載油缸6進(jìn)行回油，夾持圓盤26與中空缸套之間閉合，錐形鎖塊27被自動(dòng)張開(kāi)；

5-4對(duì)環(huán)狀高壓加載氣囊11進(jìn)行出氣，使柔性約束箍套12張開(kāi)；

5-5移去環(huán)形封板8、環(huán)形頂蓋9及待測(cè)錨固模型22，可進(jìn)行下一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)。

本發(fā)明該種用于測(cè)試高應(yīng)力環(huán)境錨桿(索)錨固界面力學(xué)性能的試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)對(duì)象可以是土層或巖層常規(guī)粘結(jié)型錨桿(索)錨固模型，也可以是機(jī)械錨固型錨桿(索)模型或其他錨固方式模型，具體主體試驗(yàn)裝置各構(gòu)件尺寸、加載控制系統(tǒng)各構(gòu)件力學(xué)性能參數(shù)及操作流程，可根據(jù)具體試驗(yàn)錨固體模型尺寸及試驗(yàn)要求進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。