錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)，包括試件加載盒、類梯形試件、錨桿試件、加載油缸、液壓泵站、底座、反力鋼絞線、門式框架、沖擊重塊、提升裝置；所述的試件加載盒，包括U型槽、三棱柱墊塊、加載墊塊、側(cè)擋板；本發(fā)明通過特殊的加載系統(tǒng)誘發(fā)類梯形試件的下半部分爆出；爆出的巖石對錨桿產(chǎn)生沖擊作用，從而模擬測試在隧洞工程現(xiàn)場實際受力條件下，錨桿的抗沖擊性能，以及沖擊荷載作用下錨桿對巖體的加固作用。本發(fā)明通過特制的試件加載盒模擬了錨桿在工程現(xiàn)場的受力狀態(tài)，真實的反應(yīng)了隧洞工程中圍巖和錨桿在沖擊荷載作用下受力變形、相互作用的過程，對于研究深部高應(yīng)力加錨巖體的受力、變形、破壞等性質(zhì)具有重要意義。
【專利說明】描桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及錨桿在工程現(xiàn)場抗沖擊性能的研究，特別是涉及一種實際隧洞工程中錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國深部地下工程建設(shè)的深入發(fā)展，遇到了越來越復(fù)雜的地質(zhì)條件，高應(yīng)力引起的巖爆及沖擊地壓等破壞性強烈的工程災(zāi)害越來越嚴重。在這種條件下應(yīng)用的錨桿，其抗沖擊性能是事關(guān)錨固支護效果的關(guān)鍵所在。
[0003]為了測試錨桿的抗沖擊性能，需要相應(yīng)的測試裝置?，F(xiàn)有的實驗室測試設(shè)備主要包括中國專利201110387388.1和2012100934515公布的兩種。這兩種測試裝置都是將錨桿一端固定，對錨桿的另一端直接施加沖擊荷載，但是錨桿在現(xiàn)場條件下經(jīng)受圍巖的沖擊荷載，其作用點不僅在托盤上，而且也不存在固定端。目前的實驗裝置不能真實反映錨桿-圍巖之間的相互作用，即錨桿承受的沖擊荷載與現(xiàn)場實際情況不一致，而且不能直接反映在沖擊荷載作用下錨桿對圍巖的加固作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以模擬測試錨桿在隧洞工程現(xiàn)場實際受力條件下的抗沖擊性能，并可以用于研究錨桿對沖擊傾向性巖體加固作用的錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)，其特征在于，包括試件加載盒、類梯形試件、錨桿試件、加載油缸、液壓泵站、底座、反力鋼絞線、門式框架、沖擊重塊、提升裝置；
所述的試件加載盒，包括U型槽、三棱柱墊塊、加載墊塊、側(cè)擋板;u型槽為整體結(jié)構(gòu)，包括底板和兩個側(cè)壁；三棱柱墊塊兩個直角面分別與U型槽的底板和側(cè)壁內(nèi)表面接觸，其斜面傾角與類梯形試件兩個斜面傾角匹配；加載墊塊下表面為圓弧形與類梯形試件上表面接觸，其上半部分向兩側(cè)延伸，并設(shè)有豎直通孔以便固定反力鋼絞線；側(cè)擋板固定在U型槽的前后兩側(cè)，其作用在于防止類梯形試件發(fā)生軸向變形，以滿足平面應(yīng)變狀態(tài)的要求；
所述的類梯形試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側(cè)面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前后側(cè)面垂直于水平面，下表面和U型槽底板內(nèi)表面之間預(yù)留變形空間，在下表面中心設(shè)有垂直于其表面的錨桿孔，用于安裝錨桿試件，左右側(cè)面與三棱柱墊塊斜面接觸，前后側(cè)面與側(cè)擋板接觸，四個側(cè)面均涂有潤滑材料，以減小其受到的剪切力；
所述的錨桿試件，安裝在上述類梯形試件的錨孔中，通過砂漿或樹脂錨固劑固定；錨桿的桿體軸向上對稱開鑿有兩條矩形凹槽，其中一條用于容置應(yīng)變測量設(shè)備，另一條凹槽底部標注有刻度，以方便測算錨桿實驗前后的變形量；在錨桿外側(cè)安裝有壓力傳感器，用于測量錨桿在該位置的軸力；
所述的加載油缸，一端支撐在底座上，另一端對試件加載盒施加壓力；所述的液壓泵站與加載油缸相連，為其提供油壓；
所述的反力鋼絞線，共有兩排，其中任意一條的一端固定在底座上，另一端通過卡具固定在試件加載盒的加載墊塊上；
所述的沖擊重塊，用于對巖樣試件施加沖擊荷載，其重量和高度均可調(diào)節(jié)，其軸心與加載墊塊中心在同一條豎直線上；
所述的提升裝置，固定在門式框架上，用于提起和釋放沖擊重塊。
[0006]本發(fā)明還可以包括導(dǎo)向測量裝置，固定在門式框架上，其表面標有刻度，用于測量沖擊重塊的高度，并且防止沖擊重塊下落時發(fā)生偏斜。
[0007]本發(fā)明還包括支撐導(dǎo)軌，固定在底座上，其作用是在實驗前托住試件加載盒，在實驗過程中防止試件加載盒發(fā)生偏斜。
[0008]本發(fā)明還可以包括防護裝置，用于防止沖擊重塊傾倒或巖樣試件崩解時可能造成的危險。
[0009]本發(fā)明還可以包括荷載和位移測量單元，如應(yīng)力傳感器和LVDT變位計，用于測量試件在實驗過程中所受荷載和上下邊界發(fā)生的位移，并將測量結(jié)果傳送到伺服控制單元。
[0010]本發(fā)明還可以包括伺服控制單元，根據(jù)用戶指令和所述荷載和位移測控單元測量結(jié)果控制加載油缸荷載和位移。
[0011 ] 本發(fā)明的試驗方法是:
1)制作類梯形試件和錨桿試件，并通過錨固劑將錨桿試件安裝到類梯形試件的錨桿孔
中；
2)將類梯形試件放入試件加載盒，將試件加載盒安裝就位，固定反力鋼絞線；
3)通過加載油缸對試件加載盒加載，使類梯形試件達到要求的應(yīng)力狀態(tài)，在這個過程中類梯形試件也向下發(fā)生一定的擠壓變形，錨桿試件受到張拉開始發(fā)揮支護作用，然后保持；
4)調(diào)整沖擊重塊的高度和重量，然后塊釋放沖擊重塊，對試件加載盒進行沖擊；
5)提起沖擊重塊，卸去加載油缸壓力，卸下反力鋼絞線，卸開試件加載盒，取出試件，記錄分析試件的破壞情況。
[0012]本發(fā)明的原理是:
錨桿支護條件下深埋隧洞圍巖的受力、變形和破壞問題，可以近似認為是軸對稱問題；因此，取其一部分(即本發(fā)明所述類梯形試件和錨桿試件)進行試驗即可反映加錨圍巖整體的性質(zhì)，相對于現(xiàn)有全斷面模型試驗裝置，可以開展大比例尺的模型試驗，更真實的反映錨桿在工程現(xiàn)場的受力狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明通過加載油缸和反力鋼絞線對試件施加壓力，使其處于高應(yīng)力狀態(tài)下，在這個過程中試件也向下發(fā)生一定的擠壓變形，錨桿受到張拉開始發(fā)揮支護作用，反力鋼絞線也有一定彈性伸長；通過沖擊重塊對試件施加沖擊荷載，由于反力鋼絞線為柔性材料,不會像常規(guī)剛性立柱一樣對沖擊荷載造成影響；這樣就實現(xiàn)了讓試件在特定的荷載條件下承受沖擊荷載的目標；試件在高應(yīng)力及沖擊擾動條件下發(fā)生破壞，其強度降低并發(fā)生一定位移，在這個過程中反力鋼絞線瞬間收縮，對試件迅速進行補充加載，模擬了外部圍巖對煤巖體的進一步擠壓做功，誘發(fā)類梯形試件的下半部分爆出；爆出的巖石對錨桿產(chǎn)生沖擊作用，從而模擬測試在隧洞工程現(xiàn)場實際受力條件下，錨桿的抗沖擊性能，以及沖擊荷載作用下錨桿對巖體的加固作用。
[0014]本發(fā)明可以模擬錨桿在工程現(xiàn)場的受力狀態(tài)，真實的反應(yīng)隧洞工程中圍巖和錨桿在沖擊荷載作用下受力變形、相互作用的過程，對于研究深部高應(yīng)力加錨巖體的受力、變形、破壞等性質(zhì)具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明:
圖1為本發(fā)明的力學(xué)原理圖；
圖2為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]結(jié)合附圖1，本發(fā)明采用局部試件的原理在于，隧洞圍巖的受力、變形和破壞問題可以近似認為是軸對稱問題，因此，可以取其一部分，即本發(fā)明所述類梯形試件5和錨桿試件6，進行試驗即可反映圍巖整體的性質(zhì)，相對于全斷面實驗裝置，本發(fā)明可以開展大比例尺的實驗研究。
[0017]結(jié)合附圖2，一種錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)，其特征在于，包括試件加載盒、類梯形試件4、錨桿試件5、加載油缸6、液壓泵站(未示出)、底座7、反力鋼絞線8、支撐導(dǎo)軌9、門式框架10、沖擊重塊11、提升裝置12、導(dǎo)向測量裝置13和防護裝置(未示出)。
[0018]所述的試件加載盒，包括U型槽1、三棱柱墊塊2、加載墊塊3、側(cè)擋板(未示出)；U型槽I為整體結(jié)構(gòu)，包括底板和兩個側(cè)壁；三棱柱墊塊2兩個直角面分別與U型槽I的底板和側(cè)壁內(nèi)表面接觸，其斜面傾角與類梯形試件4兩個斜面傾角匹配；加載墊塊3下表面為圓弧形與類梯形試件4上表面接觸，其上半部分向兩側(cè)延伸，并設(shè)有豎直通孔以便固定反力鋼絞線8 ;側(cè)擋板固定在U型槽I的前后兩側(cè)，其作用在于防止類梯形試件4發(fā)生軸向變形，以滿足平面應(yīng)變狀態(tài)的要求。
[0019]所述的類梯形試件4，上下表面為同軸圓弧面，左右側(cè)面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前后側(cè)面垂直于水平面，下表面和U型槽I底板內(nèi)表面之間預(yù)留變形空間，在下表面中心設(shè)有垂直于其表面的錨桿孔，用于安裝錨桿試件5，左右側(cè)面與三棱柱墊塊斜面接觸，前后側(cè)面與側(cè)擋板接觸，四個側(cè)面均涂有潤滑材料，以減小其受到的剪切力。
[0020]所述的錨桿試件5，安裝在上述類梯形試件的錨孔中，通過砂漿或樹脂錨固劑固定；錨桿的桿體軸向上對稱開鑿有兩條矩形凹槽，其中一條用于容置應(yīng)變測量設(shè)備，另一條凹槽底部標注有刻度，以方便測算錨桿實驗前后的變形量；在錨桿外側(cè)安裝有壓力傳感器，用于測量錨桿在該位置的軸力。
[0021]所述的加載油缸6，一端支撐在底座上，另一端對試件加載盒施加壓力；所述的液壓泵站與加載油缸相連，為其提供油壓。
[0022]所述的反力鋼絞線8，共有兩排，其中任意一條的一端固定在底座7上，另一端通過卡具固定在試件加載盒的加載墊塊上。
[0023]所述的支撐導(dǎo)軌9，固定在底座上，其作用是在實驗前托住試件加載盒，在實驗過程中防止試件加載盒發(fā)生偏斜。
[0024]所述的沖擊重塊11，用于對巖樣試件施加沖擊荷載，其重量和高度均可調(diào)節(jié)，其軸心與加載墊塊中心在同一條豎直線上。
[0025]所述的提升裝置12，固定在門式框架10上，用于提起和釋放沖擊重塊。
[0026]所述的導(dǎo)向測量裝置13，固定在門式框架10上，其表面標有刻度，用于測量沖擊重塊的高度，并且防止沖擊重塊下落時發(fā)生偏斜。
[0027]所述的防護裝置，用于防止沖擊重塊傾倒或巖樣試件崩解時可能造成的危險。
[0028]本發(fā)明的試驗方法是:
O制作類梯形試件4和錨桿試件5，并通過錨固劑將錨桿試件5安裝到類梯形試件4的錨桿孔中；
2)將類梯形試件放入試件加載盒，將試件加載盒安裝就位，固定反力鋼絞線8；
3)通過加載油缸6對試件加載盒加載，使類梯形試件達到要求的應(yīng)力狀態(tài)，在這個過程中類梯形試件也向下發(fā)生一定的擠壓變形，錨桿試件受到張拉開始發(fā)揮支護作用，然后保持;
4)調(diào)整沖擊重塊11的高度和重量，然后塊釋放沖擊重塊，對試件加載盒進行沖擊；
5)提起沖擊重塊，卸去加載油缸壓力，卸下反力鋼絞線，卸開試件加載盒，取出試件，記錄分析試件的破壞情況。
[0029]以上所述實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體的實施方式的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)，其特征在于，包括試件加載盒、類梯形試件、錨桿試件、加載油缸、液壓泵站、底座、反力鋼絞線、門式框架、沖擊重塊、提升裝置； 所述的試件加載盒，包括U型槽、三棱柱墊塊、加載墊塊、側(cè)擋板；U型槽為整體結(jié)構(gòu)，包括底板和兩個側(cè)壁；三棱柱墊塊兩個直角面分別與U型槽的底板和側(cè)壁內(nèi)表面接觸，其斜面傾角與類梯形試件兩個斜面傾角匹配；加載墊塊下表面為圓弧形與類梯形試件上表面接觸，其上半部分向兩側(cè)延伸，并設(shè)有豎直通孔以便固定反力鋼絞線；側(cè)擋板固定在U型槽的前后兩側(cè)； 所述的類梯形試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側(cè)面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前后側(cè)面垂直于水平面，下表面和U型槽底板內(nèi)表面之間預(yù)留變形空間，在下表面中心設(shè)有垂直于其表面的錨桿孔，左右側(cè)面與三棱柱墊塊斜面接觸，前后側(cè)面與側(cè)擋板接觸，四個側(cè)面均涂有潤滑材料； 所述的錨桿試件，安裝在上述類梯形試件的錨孔中，通過砂漿或樹脂錨固劑固定； 所述的加載油缸，一端支撐在底座上，另一端對試件加載盒施加壓力；所述的液壓泵站與加載油缸相連； 所述的反力鋼絞線，共有兩排，其中任意一條的一端固定在底座上，另一端通過卡具固定在試件加載盒的加載墊塊上； 所述的沖擊重塊，用于對巖樣試件施加沖擊荷載，其重量和高度均可調(diào)節(jié)； 所述的提升裝置，固定在門式框架上，用于提起和釋放沖擊重塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)，其特征在于所述的錨桿試件，桿體軸向上對稱開鑿有兩條矩形凹槽，在錨桿外側(cè)安裝有壓力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)，其特征在于包括導(dǎo)向測量裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)，其特征在于包括支撐導(dǎo)軌，固定在底座上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)，其特征在于包括防護裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)，其特征在于包括荷載和位移測量單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)，其特征在于包括伺服控制單兀。
8.如權(quán)利要求1-7任一所述的錨桿抗沖擊性能模擬測試系統(tǒng)的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步:制作類梯形試件和錨桿試件，并通過錨固劑將錨桿試件安裝到類梯形試件的鋪桿孔中； 第二步:將類梯形試件放入試件加載盒，將試件加載盒安裝就位，固定反力鋼絞線； 第三步:通過加載油缸對試件加載盒加載，使類梯形試件達到要求的應(yīng)力狀態(tài)，在這個過程中類梯形試件也向下發(fā)生一定的擠壓變形，錨桿試件受到張拉開始發(fā)揮支護作用，然后保持; 第四步:調(diào)整沖擊重塊的高度和重量，然后塊釋放沖擊重塊，對試件加載盒進行沖擊；第五步:提起沖擊重塊，卸去加載油缸壓力，卸下反力鋼絞線，卸開試件加載盒，取出試件，記錄分 析試件的破壞情況。
【文檔編號】G01N3/303GK103471941SQ201310425817
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】吳學(xué)震, 蔣宇靜, 王剛, 張守文 申請人:山東科技大學(xué)