CN102706730B - 锚固系统工作机制二维可视化试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锚固系统工作机制二维可视化试验装置，属于岩土工程技术领域，试验装置由左侧加载板(5)、顶部加载板(6)、右侧固定板(11)、底板(22)和摄像装置(20)等组合而成。该装置试样室(10)采用交错板方法构成，解决了锚固体角部空白问题，安装有摄像装置(20)可全程拍摄锚杆拉拔全过程中由锚杆、锚固剂和锚固体组成锚固系统行为过程，同时可肉眼直接观察这些过程，克服了传统三维试验中不便监测和观察锚固系统力学响应的局限性，提供了锚固系统工作机制研究的试验依据。本发明可广泛应用于岩土工程中全长粘结型锚杆及相应锚固系统力学行为和工作机制的试验研究中。
Description
技术领域：
本发明涉及一种锚固系统工作机制二维可视化试验装置，属岩土工程技术领域，该装置可用于岩土工程中全长粘结型锚杆及相应锚固系统力学行为和工作机制的试验研究中。
背景技术：
锚杆是岩土工程中应用最广泛的支护加固方式，而全长粘结型锚杆则是应用最多的锚杆类型。被加固的岩土体称为锚固体，锚杆和锚固体之间通过锚固剂或粘结剂胶结在一起。虽然这种类型锚杆应用非常广泛，但相应锚固系统工作机制的揭示一直是该领域的一个研究难题。锚杆拉拔试验是该问题研究中的主要试验方法，至今仍被广泛采用。传统的试验装置通常将整个试样置于一个密闭的试样室中，锚杆通过锚固剂安装在锚固体钻孔中，仅锚杆被夹持部分外露。此时，锚杆安装于钻孔中，处于密闭状态，无法直接观察到拉拔过程中锚固剂、锚固体变形破裂的发育发展过程以及锚杆的变形过程，且由于钻孔中锚杆与锚固剂交界面、锚固剂与锚固体交界面为圆弧面，且接触面积非常小，精确监测非常困难，因此，这两个交界面力学行为的认识和数学力学描述一直是该领域的一个关键难题。另外，传统的试验装置的试样室虽然也由加载板和固定板构成，但为避免钢板接触后无法将荷载传递至试样侧面，钢板的长度和宽度通常小于试样侧面的长度和宽度，这样必然在八个角处留有空白，对试样受力的均匀性产生影响。
发明内容：
针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种锚固系统工作机制二维可视化试验装置。
本发明所采用的技术方案是：一种锚固系统工作机制二维可视化试验装置，试验装置由外框架、水平加载系统、垂直加载系统、水平固定系统、锚杆拉拔系统、监测系统和试样室组成，试样室呈构架结构，试样室由左侧加载板、顶部加载板、右侧固定板、底板和角板构成，底板水平置放，左侧加载板和右侧固定板相互平行，左侧加载板垂直置于底板一端上方，角板位于底板的另一端侧壁，角板的厚度小于底板的厚度，右侧固定板垂直放置在角板上方，顶部加载板与底板相互平行，顶部加载板一端活动接触在左侧加载板的内壁面上，顶部加载板的另一端活动置放在右侧固定板的上端面，垂直加载系统位于顶部加载板的上方，水平加载系统位于左侧加载板的外侧，水平固定系统位于右侧固定板的外侧，右侧固定板开有垂直于固定板壁面的锚杆外伸孔，试样室前后侧装有摄像装置，摄像装置通过连接杆固定在底板上。
所述的角板作为右侧固定板在下侧的延长板，右侧固定板长度和角板厚度之和与左侧加载板的长度相等，左侧加载板和顶部加载板宽度相等，右侧固定板和角板的宽度比左侧加载板宽2～4cm。
所述的摄像装置镜头中心线与右侧固定板上的锚杆外伸孔轴线平齐，且垂直于锚杆外伸孔的轴线。
由于采用了以上技术方案，本发明锚固系统工作机制二维可视化试验装置，试样室采用构架结构，底板、左侧加载板、顶部加载板、固定板和角板首尾依次搭接，预加载使得底板、左侧加载板、顶部加载板和固定板组成的结构稳定后，抽出角板，使得水平和垂直方向加载过程中左侧加载板在水平方向、顶部加载板在垂直方向自由移动，可有效避免传统试样室水平和垂直两个方向加载中的空白角问题，由于采用所述试样室结构，试样室前后两侧无遮挡，在试样室前后两侧设置摄像装置，可全过程实时记录试验过程中锚杆、锚固剂和锚固体的响应，克服了传统密闭试验装置无法直接观察试验过程的缺陷，摄像装置通过连接杆固定在底板上，在整个拉拔试验过程中保持不动，确保了图像采集的稳定性和观察部位的连续性。本发明的试验装置结构合理、拆卸方便，可实现对锚杆拉拔试验过程中锚固系统各部分力学行为的全程观测。
附图说明：
图1是本发明试验装置的结构示意图。
图2是本发明试样室的示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明锚固系统工作机制二维可视化试验装置作进一步详细的描述。
见附图，本发明二维可视化试验装置由试样室10、水平加载系统、垂直加载系统、水平固定系统、锚杆拉拔系统和监测系统组成。
试样室10呈构架结构，由左侧加载板5、顶部加载板6、右侧固定板11、底板22和角板14构成，底板22水平置放，左侧加载板5和右侧固定板11相互平行，左侧加载板5垂直置于底板22一端上方，角板14位于底板22的另一端侧壁，右侧固定板11垂直放置，固定板下端面置于角板14上方，顶部加载板6与底板22相互平行，顶部加载板6一端活动接触在左侧加载板5的内壁面上，顶部加载板6的另一端活动置放在右侧固定板11的上端面，垂直加载系统位于顶部加载板6的上方，水平加载系统位于左侧加载板5的外侧，水平固定系统位于右侧固定板11的外侧，右侧固定板11开有垂直于固定板壁面的锚杆外伸孔18，锚杆外伸孔18的中心轴线与试样室10高度中心线平齐，锚杆外伸孔18为方形，其宽度与左侧加载板5相同，其高度与待模拟的锚杆钻孔的直径相同，具体大小视情况加工。
右侧固定板11的下端面比底板22内壁面低3～5mm，角板14作为右侧固定板11在下侧的延长板，右侧固定板11和角板14长度之和与左侧加载板的长度5相等，底板22与顶部加载板6长度相同，左侧加载板5和顶部加载板6宽度相同，右侧固定板11和角板14的宽度比左侧加载板5大2～4cm，这是为了保证右侧固定板11在设置锚杆外伸孔18后仍保持为一整块板。
水平加载系统位于左侧加载板5的外侧，包括左侧承压板4、千斤顶2和左托板30。左侧千斤顶2固定在外框架1左立柱内侧，左托板30水平放置，一个端面活动接触在外框架1左立柱内侧，另一端面与底板22左侧面活动接触，左侧承压板4放在左侧千斤顶2和左侧加载板5之间，垂直置于左托板30上，用于将千斤顶2产生的荷载均匀传递给左侧加载板5。
垂直加载系统位于顶部加载板6的外侧，包括滚轴排7、顶部承压板8、千斤顶9。水平滚轴排7长度和宽度与顶部加载板6相同，其水平放置在顶部加载板6上，滚轴排7的设置可有效降低水平方向变形导致的摩擦。滚轴排7之上放置顶部承压板8，加载时其上表面直接与千斤顶9接触，用于将千斤顶9产生的荷载均匀的传递给滚轴排8，继而传递给顶部加载板6。顶部千斤顶9固定在外框架1顶梁内侧。
水平固定系统位于右侧固定板11外侧，包括滚轴排12、右侧承压板13和右托板29。右托板29水平放置，其一个端面与角板14外壁面活动接触，另一个端面与外框架1右立柱内侧活动接触，滚轴排12和右侧承压板13的宽度与右侧固定板11相同，它们均垂直放置在右托板29上，依次放置在右侧固定板11外侧，右侧承压板13用螺栓3固定在外框架1右立柱内侧。滚轴排12和右侧承压板13上设置锚杆外伸孔18，在外框架1右立柱上设置锚杆安装孔19，锚杆安装孔19的中心轴线与锚杆外伸孔18的中心轴线重合，二者宽度相同，锚杆安装孔19的高度为50mm。
锚杆拉拔系统包括空心千斤顶15、承载板16和夹具17；锚杆拉拔系统的空心千斤顶15用螺栓3固定在外框架1右立柱外侧，承压板16和夹具17依次安装在空心千斤顶15的加载端。
监测系统包括摄像装置20、连接杆21、左侧水平荷载传感器23、垂直荷载传感器25、右侧水平荷载传感器27、左侧水平位移传感器24、垂直位移传感器26、右侧水平位移传感器28。摄像装置20安装在试样室10前后侧，摄像装置20通过连接杆固定在底板22上，摄像装置镜头中心线与右侧固定板11上的锚杆外伸孔18轴线平齐，且垂直于锚杆外伸孔18的轴线。
Claims (3)
1.锚固系统工作机制二维可视化试验装置，试验装置包括外框架(1)、水平加载系统、垂直加载系统、水平固定系统、锚杆拉拔系统、监测系统，其特征在于：所述二维可视化试验装置还包括试样室(10)，试样室(10)呈构架结构，试样室由左侧加载板(5)、顶部加载板(6)、右侧固定板(11)、底板(22)和角板(14)构成，底板(22)水平置放，左侧加载板(5)和右侧固定板(11)相互平行，左侧加载板(5)垂直置于底板(22)一端上方，角板(14)位于底板(22)的另一端侧壁，角板(14)的厚度小于底板(22)的厚度，右侧固定板(11)垂直放置在角板(14)上方，顶部加载板(6)与底板(22)相互平行，顶部加载板(6)一端活动接触在左侧加载板(5)的内壁面上，顶部加载板(6)的另一端活动置放在右侧固定板(11)的上端面，垂直加载系统位于顶部加载板(6)的上方，水平加载系统位于左侧加载板(5)的外侧，水平固定系统位于右侧固定板(11)的外侧，右侧固定板(11)开有垂直于固定板壁面的锚杆外伸孔(18)，试样室(10)前后侧装有摄像装置(20)，摄像装置(20)通过连接杆(21)固定在底板(22)上。
2.根据权利要求1所述的锚固系统工作机制二维可视化试验装置，其特征在于：所述的角板(14)作为右侧固定板(11)在下侧的延长板，右侧固定板(11)长度和角板(14)厚度之和与左侧加载板(5)的长度相等，左侧加载板(5)和顶部加载板(6)宽度相等，右侧固定板(11)和角板(14)的宽度比左侧加载板(5)宽2～4cm。
3.根据权利要求1所述的锚固系统工作机制二维可视化试验装置，其特征在于：所述的摄像装置(20)镜头中心线与右侧固定板(11)上的锚杆外伸孔(18)轴线平齐，且垂直于锚杆外伸孔(18)的轴线。
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