CN103234830B - 一种锚杆锚固特性实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锚杆锚固特性实验平台，包括受力反拱装置、锚杆、混凝土试件和混凝土基座，受力反拱装置安装在混凝土基座上，由左侧千斤顶支撑墙、右侧千斤顶支撑墙和混凝土基座内布置的锚筋组成，混凝土试件设置在受力反拱装置内，混凝土试件的左侧面、右侧面和底面分别通过一块受力钢板及多个液压千斤顶支撑在左侧千斤顶支撑墙、右侧千斤顶支撑墙和混凝土基座上，所述的混凝土基座前端中部设有电钻导轨；两侧对称设有多对钢板插槽，一对钢板插槽内设有隔缝钢板；隔缝钢板通过锚杆螺母与锚杆连接，锚杆与混凝土试件锚固连接；本发明可以完成对树脂锚杆的锚固、静力加载和动力加载时锚杆锚固特性实验研究，且可真实模拟矿山树脂锚杆的围岩条件。

Description

一种锚杆锚固特性实验平台

技术领域

本发明涉及一种锚杆锚固特性实验平台。

背景技术

锚杆锚固支护作为一种经济、有效的支护方式，目前已经在国内外被普遍应用于矿井和隧道工程中，是煤矿实现高产高效必不少的关键技术之一，我国煤矿巷道锚杆用量至少在5000万根以上。但由于锚杆支护加固对象的复杂性，至今对于锚杆支护的原理还没有一个统一全面的认识。当锚杆在支护中受到围岩的静压和动压时达不到巷道维护要求将引发垮落、冒顶等事故，因此对于复杂条件下锚杆的锚固机理、与围岩相互作用关系、应力分布规律及锚杆锚固体承载特性等问题作深入的研究很有必要。但是，现场实测经常受到环境条件的限制及多种不确定因素的影响，难以开展。相比较而言，实验室内的锚固特性实验研究更容易获得系统内部规律，从而为工程提供技术支持。目前，尚没有一种对锚杆锚固可进行静动力加载的实验平台，多为在普通的万能实验机上进行锚固特性测试。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种可对于复杂条件下锚杆的锚固机理、与围岩相互作用关系、应力分布规律及锚杆锚固体承载特性等问题进行模拟研究的锚杆锚固特性实验平台。

本发明采用的技术方案是：包括受力反拱装置、锚杆、混凝土试件和混凝土基座，所述的受力反拱装置安装在混凝土基座上，由左侧千斤顶支撑墙、右侧千斤顶支撑墙和混凝土基座内布置的锚筋组成，混凝土试件设置在受力反拱装置内，混凝土试件的左侧面和右侧面分别通过一块受力钢板及多个液压千斤顶支撑在左侧千斤顶支撑墙和右侧千斤顶支撑墙上，混凝土试件的底面通过受力钢板及多个液压千斤顶支撑在混凝土基座上，所述的混凝土基座前端中部设有电钻导轨；两侧对称设有多对垂直于点钻导轨的钢板插槽，一对钢板插槽内设有隔缝钢板；隔缝钢板通过锚杆螺母与锚杆连接，锚杆与混凝土试件锚固连接。

上述的锚杆锚固特性实验平台中，还包括动力加载实验部分，所述的动力加载实验部分设在混凝土基座的后端，包括竖直设置的两立柱和重锤，两立柱上端对称设有一对水平设置的钢板插槽，该对钢板插槽内设有一第二隔缝钢板，下部对称设有多对水平设置的钢板插槽，其中一对插槽内设有一第三隔缝钢板。

相比现有技术，本发明的有益效果是：本发明可以完成对树脂锚杆的锚固、静力加载和动力加载时锚杆锚固特性实验研究；采用混凝土试件模拟围岩，通过液压千斤顶对混凝土试件施加围压，可真实模拟矿山树脂锚杆的围岩条件；另外，当对锚杆进行测力实验时，由于实验平台对锚杆的非锚固段未设任何隔挡，实验时可以在锚杆非锚固段安装各种速度、加速度和力传感器来收集锚杆在静动载作用下的力学响应；本发明使树脂锚杆的力学性能实验研究更加方便、快捷。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是图1中的A向视图。

图3是图1中的B向视图。

图4是本发明静力加载拉拔试验时锚杆图。

图5是本发明动参数检测试验时锚杆图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示，本发明包括受力反拱装置1、混凝土基座3、锚杆4和混凝土试件7，所述的受力反拱装置1安装在混凝土基座3上，由左侧千斤顶支撑墙11、右侧千斤顶支撑墙14和混凝土基座3内布置的锚筋组成，混凝土试件7设置在受力反拱装置1内，混凝土试件7的左侧面和右侧面分别通过一块受力钢板13及四个液压千斤顶12支撑在左侧千斤顶支撑墙11和右侧千斤顶支撑墙14上，混凝土试件7的底面通过受力钢板13及四个液压千斤顶12支撑在混凝土基座3上，所述的混凝土基座3前端中部设有电钻导轨31，两侧对称设有三对垂直于电钻导轨31的钢板插槽32，一对钢板插槽32内设有隔缝钢板5；隔缝钢板5通过锚杆螺母6与锚杆4连接，锚杆4与混凝土试件7锚固连接。

如图2、3所示，所述的混凝土基座3后端设有动力加载实验装置，所述的动力加载实验装置包括竖直设置的两立柱2和重锤10，两立柱2上端对称设有一对钢板插槽21，插槽内设有一第二隔缝钢板8，下部对称设有四对钢板插槽21，其中一对钢板插槽21内设有一第三隔缝钢板9。对锚杆4进行动力加载实验时，将上端的第二隔缝钢板8通过锚杆螺母6与锚杆4连接，使得与锚杆4锚固连接的混凝土试件7位于两立柱2之间，混凝土试件7的上端压紧第三隔缝钢板9，重锤10套装在第二隔缝钢板8和第三隔缝钢板9之间的锚杆4上，通过重锤10的自由落体，撞击混凝土试件7，实现对锚固锚杆4的动力加载，从而完成对锚杆锚固的动力加载特性的实验研究。

本发明的实验步骤如下：

1）制作混凝土试件7：用0.2m×0.2m×0.25m的钢制混凝土试件模型盒制作4个混凝土试件7。

2）锚杆4的锚固实验：将混凝土试件7通过液压千斤顶12和受力钢板13固定在混凝土基座3和受力反拱装置1围成的0.4m×0.4m×1.0m空间内，混凝土试件7的底面、左侧面和右侧面分别通过四个液压千斤顶12施加静载，然后用电钻导轨31上的岩石电钻带动锚杆4机械搅拌树脂锚固。

3）锚杆4的静力加载锚固极限承载力检测实验：撤除岩石电钻，并通过锚杆螺母6将锚杆4紧固在隔缝钢板5上，采用拉拔计34对锚固锚杆4进行静力加载，拉拔计最大行程60mm，最大压力60Mpa，最大承受力30t；并通过磁性座35将位移百分表36固定在拉拔计外壳上，位移百分表36的表针触杆37顶在拉拔计34的锚杆接长杆的外端螺母38上，拉拔计34液压活塞在液压作用下顶着拉拔计34的锚杆接长杆的外端螺母38发生位移，该位移即是锚杆在拉拔计34静力加载过程中的位移，位移百分表36测量精度为0.01mm；进行锚固承载力静力检测试验时，首先根据锚固长度确定最大加载量，将最大加载量分成10等分分级加载，每级加载位移稳定后读取位移百分表36的读数，全部加载完成后绘制力~位移曲线，根据曲线峰值确定锚杆4的静力加载锚固极限承载力。

4）锚杆4的动参数检测实验：按上述1）、2）步骤进行混凝土试件7的制作和锚杆4的锚固，锚杆4锚固好后撤除岩石电钻，通过锚杆螺母6将锚杆4紧固在隔缝钢板5上，并采用数显式扭矩拔手测量锚杆4的预紧力矩；将BS-1系列锚固质量检测仪39的振动采集器40（如加速度传感器）置于锚杆4的外端头和中间非锚固段杆体上，对锚杆的敲击产生横波和纵波，锚固质量检测仪通过对振动波的分析来检测预应力锚固锚杆的动参数。

5）锚杆4的动力加载实验：

（1）将锚固好混凝土试件7及锚杆4拆下，并使混凝土试件7位于锚杆4的下部，置于两立柱2之间，将立柱2上端的第二隔缝钢板8通过锚杆螺母6与锚杆4连接，混凝土试件7的上端压紧第三隔缝钢板9，重锤10套装在第二隔缝钢板8和第三隔缝钢板9之间的锚杆4上。

（2）通过重锤10的自由落体运动来实现对锚固锚杆的动压加载实验，由于重锤位于不同的高度对锚固锚杆施加的动压是不同的，重锤的初试位置越高产生的动能就越大，对锚固锚杆加载的动加载就越大，反之就越小，所以将第二隔缝钢板8和第三隔缝钢板9之间的高度减去重锤10的高度后的高度分成8等分，然后将重锤10分别由下往上置于第1~第8等分位置时就可实现动力加载量的分8级递增；每级动力加载后，将BS-1系列锚固质量检测仪的振动采集器（如加速度传感器）置于锚杆4的外端头上，对锚杆的敲击产生横波和纵波，锚固质量检测仪通过对振动波的分析来检测预应力锚固锚杆受动载后的动参数变化规律。

本发明在模拟煤矿巷道中锚杆4锚固特性时，这里的巷道岩体用混凝土试件7来进行模拟，左侧面、右侧面和底面分别通过四个液压千斤顶12施压，通过受力钢板13对锚杆锚固后的混凝土试件7加围压，实现了模拟锚固体在煤矿巷道岩体内受到的三向压力环境。利用立柱2上的重锤10可以模拟在煤矿巷道围岩内锚固体受动压的受力环境。

本发明的材料为钢筋混凝土和钢板，锚固围岩采用不同标号的混凝土试件7模拟，通过液压千斤顶12对混凝土试件7施加静载，围压最大值可达5Mpa。锚杆4的锚固采用岩石电钻机械搅拌树脂锚固，其中树脂锚固长度1m，锚杆总长度2m。本发明可实现的功能：树脂锚杆锚固操作工艺实验、锚固锚杆静力拉拔实验、锚固锚杆冲击实验、无损动力检测实验。

本发明采取对被双向稳固的混凝土试件7上锚固好的锚杆4轴向施加静载和动载来模拟矿山锚杆所受的静荷载和动荷载，混凝土试件7双向稳固通过压力表来精确读取液压千斤顶12对混凝土试件7施加的围压，锚杆4轴向静载通过锚杆拉拔计（锚杆拉拔计的压力表显示锚杆轴向载荷的大小）施加，锚杆4轴向动载大小通过调整锚杆4重锤的高度来实现。

Claims (2)

1.一种锚杆锚固特性实验平台，其特征是：包括受力反拱装置、锚杆、混凝土试件和混凝土基座，所述的受力反拱装置安装在混凝土基座上，由左侧千斤顶支撑墙、右侧千斤顶支撑墙和混凝土基座内布置的锚筋组成，混凝土试件设置在受力反拱装置内，混凝土试件的左侧面和右侧面分别通过一块受力钢板及多个液压千斤顶支撑在左侧千斤顶支撑墙和右侧千斤顶支撑墙上，混凝土试件的底面通过受力钢板及多个液压千斤顶支撑在混凝土基座上，所述的混凝土基座前端中部设有电钻导轨；两侧对称设有多对垂直于电钻导轨的钢板插槽，一对钢板插槽内设有隔缝钢板；隔缝钢板通过锚杆螺母与锚杆连接，锚杆与混凝土试件锚固连接。

2.如权利要求1所述的锚杆锚固特性实验平台，其特征是：还包括动力加载实验部分，所述的动力加载实验部分设在混凝土基座的后端，包括竖直设置的两立柱和重锤，两立柱上端对称设有一对水平设置的钢板插槽，该对钢板插槽内设有一第二隔缝钢板，下部对称设有多对水平设置的钢板插槽，其中一对插槽内设有一第三隔缝钢板。