錨杆抗衝擊性能模擬測試系統的製作方法
2023-10-23 22:21:42 1
錨杆抗衝擊性能模擬測試系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種錨杆抗衝擊性能模擬測試系統，包括試件加載盒、類梯形試件、錨杆試件、加載油缸、液壓泵站、底座、反力鋼絞線、門式框架、衝擊重塊、提升裝置；所述的試件加載盒，包括U型槽、三稜柱墊塊、加載墊塊、側擋板；本發明通過特殊的加載系統誘發類梯形試件的下半部分爆出；爆出的巖石對錨杆產生衝擊作用，從而模擬測試在隧洞工程現場實際受力條件下，錨杆的抗衝擊性能，以及衝擊荷載作用下錨杆對巖體的加固作用。本發明通過特製的試件加載盒模擬了錨杆在工程現場的受力狀態，真實的反應了隧洞工程中圍巖和錨杆在衝擊荷載作用下受力變形、相互作用的過程，對於研究深部高應力加錨巖體的受力、變形、破壞等性質具有重要意義。
【專利說明】描杆抗衝擊性能模擬測試系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及錨杆在工程現場抗衝擊性能的研究，特別是涉及一種實際隧洞工程中錨杆抗衝擊性能模擬測試系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國深部地下工程建設的深入發展，遇到了越來越複雜的地質條件，高應力引起的巖爆及衝擊地壓等破壞性強烈的工程災害越來越嚴重。在這種條件下應用的錨杆，其抗衝擊性能是事關錨固支護效果的關鍵所在。
[0003]為了測試錨杆的抗衝擊性能，需要相應的測試裝置。現有的實驗室測試設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杆一端固定，對錨杆的另一端直接施加衝擊荷載，但是錨杆在現場條件下經受圍巖的衝擊荷載，其作用點不僅在託盤上，而且也不存在固定端。目前的實驗裝置不能真實反映錨杆-圍巖之間的相互作用，即錨杆承受的衝擊荷載與現場實際情況不一致，而且不能直接反映在衝擊荷載作用下錨杆對圍巖的加固作用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種可以模擬測試錨杆在隧洞工程現場實際受力條件下的抗衝擊性能，並可以用於研究錨杆對衝擊傾向性巖體加固作用的錨杆抗衝擊性能模擬測試系統。
[0005]為實現上述目的，本發明採用下述技術方案:
一種錨杆抗衝擊性能模擬測試系統，其特徵在於，包括試件加載盒、類梯形試件、錨杆試件、加載油缸、液壓泵站、底座、反力鋼絞線、門式框架、衝擊重塊、提升裝置；
所述的試件加載盒，包括U型槽、三稜柱墊塊、加載墊塊、側擋板;u型槽為整體結構，包括底板和兩個側壁；三稜柱墊塊兩個直角面分別與U型槽的底板和側壁內表面接觸，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，其上半部分向兩側延伸，並設有豎直通孔以便固定反力鋼絞線；側擋板固定在U型槽的前後兩側，其作用在於防止類梯形試件發生軸向變形，以滿足平面應變狀態的要求；
所述的類梯形試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前後側面垂直於水平面，下表面和U型槽底板內表面之間預留變形空間，在下表面中心設有垂直於其表面的錨杆孔，用於安裝錨杆試件，左右側面與三稜柱墊塊斜面接觸，前後側面與側擋板接觸，四個側面均塗有潤滑材料，以減小其受到的剪切力；
所述的錨杆試件，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；錨杆的杆體軸向上對稱開鑿有兩條矩形凹槽，其中一條用於容置應變測量設備，另一條凹槽底部標註有刻度，以方便測算錨杆實驗前後的變形量；在錨杆外側安裝有壓力傳感器，用於測量錨杆在該位置的軸力；
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；
所述的衝擊重塊，用於對巖樣試件施加衝擊荷載，其重量和高度均可調節，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，用於提起和釋放衝擊重塊。
[0006]本發明還可以包括導向測量裝置，固定在門式框架上，其表面標有刻度，用於測量衝擊重塊的高度，並且防止衝擊重塊下落時發生偏斜。
[0007]本發明還包括支撐導軌，固定在底座上，其作用是在實驗前託住試件加載盒，在實驗過程中防止試件加載盒發生偏斜。
[0008]本發明還可以包括防護裝置，用於防止衝擊重塊傾倒或巖樣試件崩解時可能造成的危險。
[0009]本發明還可以包括荷載和位移測量單元，如應力傳感器和LVDT變位計，用於測量試件在實驗過程中所受荷載和上下邊界發生的位移，並將測量結果傳送到伺服控制單元。
[0010]本發明還可以包括伺服控制單元，根據用戶指令和所述荷載和位移測控單元測量結果控制加載油缸荷載和位移。
[0011 ] 本發明的試驗方法是:
1)製作類梯形試件和錨杆試件，並通過錨固劑將錨杆試件安裝到類梯形試件的錨杆孔
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力狀態，在這個過程中類梯形試件也向下發生一定的擠壓變形，錨杆試件受到張拉開始發揮支護作用，然後保持；
4)調整衝擊重塊的高度和重量，然後塊釋放衝擊重塊，對試件加載盒進行衝擊；
5)提起衝擊重塊，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]本發明的原理是:
錨杆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(即本發明所述類梯形試件和錨杆試件)進行試驗即可反映加錨圍巖整體的性質，相對於現有全斷面模型試驗裝置，可以開展大比例尺的模型試驗，更真實的反映錨杆在工程現場的受力狀態。
[0013]本發明通過加載油缸和反力鋼絞線對試件施加壓力，使其處於高應力狀態下，在這個過程中試件也向下發生一定的擠壓變形，錨杆受到張拉開始發揮支護作用，反力鋼絞線也有一定彈性伸長；通過衝擊重塊對試件施加衝擊荷載，由於反力鋼絞線為柔性材料,不會像常規剛性立柱一樣對衝擊荷載造成影響；這樣就實現了讓試件在特定的荷載條件下承受衝擊荷載的目標；試件在高應力及衝擊擾動條件下發生破壞，其強度降低並發生一定位移，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，誘發類梯形試件的下半部分爆出；爆出的巖石對錨杆產生衝擊作用，從而模擬測試在隧洞工程現場實際受力條件下，錨杆的抗衝擊性能，以及衝擊荷載作用下錨杆對巖體的加固作用。
[0014]本發明可以模擬錨杆在工程現場的受力狀態，真實的反應隧洞工程中圍巖和錨杆在衝擊荷載作用下受力變形、相互作用的過程，對於研究深部高應力加錨巖體的受力、變形、破壞等性質具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步說明:
圖1為本發明的力學原理圖；
圖2為本發明的主體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]結合附圖1，本發明採用局部試件的原理在於，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，即本發明所述類梯形試件5和錨杆試件6，進行試驗即可反映圍巖整體的性質，相對於全斷面實驗裝置，本發明可以開展大比例尺的實驗研究。
[0017]結合附圖2，一種錨杆抗衝擊性能模擬測試系統，其特徵在於，包括試件加載盒、類梯形試件4、錨杆試件5、加載油缸6、液壓泵站(未示出)、底座7、反力鋼絞線8、支撐導軌9、門式框架10、衝擊重塊11、提升裝置12、導向測量裝置13和防護裝置(未示出)。
[0018]所述的試件加載盒，包括U型槽1、三稜柱墊塊2、加載墊塊3、側擋板(未示出)；U型槽I為整體結構，包括底板和兩個側壁；三稜柱墊塊2兩個直角面分別與U型槽I的底板和側壁內表面接觸，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，其上半部分向兩側延伸，並設有豎直通孔以便固定反力鋼絞線8 ;側擋板固定在U型槽I的前後兩側，其作用在於防止類梯形試件4發生軸向變形，以滿足平面應變狀態的要求。
[0019]所述的類梯形試件4，上下表面為同軸圓弧面，左右側面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前後側面垂直於水平面，下表面和U型槽I底板內表面之間預留變形空間，在下表面中心設有垂直於其表面的錨杆孔，用於安裝錨杆試件5，左右側面與三稜柱墊塊斜面接觸，前後側面與側擋板接觸，四個側面均塗有潤滑材料，以減小其受到的剪切力。
[0020]所述的錨杆試件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；錨杆的杆體軸向上對稱開鑿有兩條矩形凹槽，其中一條用於容置應變測量設備，另一條凹槽底部標註有刻度，以方便測算錨杆實驗前後的變形量；在錨杆外側安裝有壓力傳感器，用於測量錨杆在該位置的軸力。
[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]所述的支撐導軌9，固定在底座上，其作用是在實驗前託住試件加載盒，在實驗過程中防止試件加載盒發生偏斜。
[0024]所述的衝擊重塊11，用於對巖樣試件施加衝擊荷載，其重量和高度均可調節，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，用於提起和釋放衝擊重塊。
[0026]所述的導向測量裝置13，固定在門式框架10上，其表面標有刻度，用於測量衝擊重塊的高度，並且防止衝擊重塊下落時發生偏斜。
[0027]所述的防護裝置，用於防止衝擊重塊傾倒或巖樣試件崩解時可能造成的危險。
[0028]本發明的試驗方法是:
O製作類梯形試件4和錨杆試件5，並通過錨固劑將錨杆試件5安裝到類梯形試件4的錨杆孔中；
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力狀態，在這個過程中類梯形試件也向下發生一定的擠壓變形，錨杆試件受到張拉開始發揮支護作用，然後保持;
4)調整衝擊重塊11的高度和重量，然後塊釋放衝擊重塊，對試件加載盒進行衝擊；
5)提起衝擊重塊，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，只是本發明較優選的具體的實施方式的一種，本領域的技術人員在本發明技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種錨杆抗衝擊性能模擬測試系統，其特徵在於，包括試件加載盒、類梯形試件、錨杆試件、加載油缸、液壓泵站、底座、反力鋼絞線、門式框架、衝擊重塊、提升裝置； 所述的試件加載盒，包括U型槽、三稜柱墊塊、加載墊塊、側擋板；U型槽為整體結構，包括底板和兩個側壁；三稜柱墊塊兩個直角面分別與U型槽的底板和側壁內表面接觸，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，其上半部分向兩側延伸，並設有豎直通孔以便固定反力鋼絞線；側擋板固定在U型槽的前後兩側； 所述的類梯形試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側面的延伸線通過上述圓弧面的軸線，前後側面垂直於水平面，下表面和U型槽底板內表面之間預留變形空間，在下表面中心設有垂直於其表面的錨杆孔，左右側面與三稜柱墊塊斜面接觸，前後側面與側擋板接觸，四個側面均塗有潤滑材料； 所述的錨杆試件，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； 所述的衝擊重塊，用於對巖樣試件施加衝擊荷載，其重量和高度均可調節； 所述的提升裝置，固定在門式框架上，用於提起和釋放衝擊重塊。
2.根據權利要求1所述的一種錨杆抗衝擊性能模擬測試系統，其特徵在於所述的錨杆試件，杆體軸向上對稱開鑿有兩條矩形凹槽，在錨杆外側安裝有壓力傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種錨杆抗衝擊性能模擬測試系統，其特徵在於包括導向測量裝置。
4.根據權利要求1所述的一種錨杆抗衝擊性能模擬測試系統，其特徵在於包括支撐導軌，固定在底座上。
5.根據權利要求1所述的一種錨杆抗衝擊性能模擬測試系統，其特徵在於包括防護裝置。
6.根據權利要求1所述的一種錨杆抗衝擊性能模擬測試系統，其特徵在於包括荷載和位移測量單元。
7.根據權利要求1所述的一種錨杆抗衝擊性能模擬測試系統，其特徵在於包括伺服控制單兀。
8.如權利要求1-7任一所述的錨杆抗衝擊性能模擬測試系統的試驗方法，其特徵在於，包括如下步驟: 第一步:製作類梯形試件和錨杆試件，並通過錨固劑將錨杆試件安裝到類梯形試件的鋪杆孔中； 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力狀態，在這個過程中類梯形試件也向下發生一定的擠壓變形，錨杆試件受到張拉開始發揮支護作用，然後保持; 第四步:調整衝擊重塊的高度和重量，然後塊釋放衝擊重塊，對試件加載盒進行衝擊；第五步:提起衝擊重塊，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 優先權日:2013年9月18日
【發明者】吳學震, 蔣宇靜, 王剛, 張守文 申請人:山東科技大學