CN103321259B - 锚网加固地下工程破碎围岩测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锚网加固地下工程破碎围岩测试系统。包括千斤顶、试验结构体、放置试验结构体的模板、测试装置以及框架，测试装置包括置于模板内的模拟锚杆、变形监测装置及受力监测装置，变形监测装置与受力监测装置均与模拟锚杆相连，框架用来固定千斤顶与模板，千斤顶为模板内的试验结构体提供压力，变形监测装置与受力监测装置对试验结构体进行实时测试。由上述方案可知，本发明先将试验结构体放置于模板内，模板固定于框架上，将变形监测装置与受力监测装置与模拟锚杆相连接，再通过千斤顶来模拟地压的各种状态，通过与模拟锚杆相连的变形监测装置与受力监测装置对试验结构体的变形量、破坏形式、最大承载力等参数进行实时监测，测试结果准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试系统，具体说涉及一种锚网加固地下工程破碎围岩测试系统。
背景技术
地下工程破碎围岩的锚杆作用主要为挤压加固拱作用，在地下工程破碎围岩的加固方案采用之前，需要在实验室模拟和验证锚网加固方案的可行性和可靠性，就需要有相应的试验装置来进行试验研究。目前地下工程破碎围岩的加固方案主要通过理论计算、数值计算模拟、工程经验等方法来研究锚网加固的方案，但这些方法都存在可行性及可靠性不高的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锚网加固地下工程破碎围岩测试系统，该测试系统结构合理，测试简单，测试数量准确可靠。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括模拟地层压力的千斤顶、试验结构体、用来放置试验结构体的模板、测试装置以及框架，所述的测试装置包括置于模板内的多根模拟锚杆、用以监测试验结构体变形量的变形监测装置以及监测模拟锚杆受力情况的受力监测装置，所述的变形监测装置与受力监测装置均与模拟锚杆相连，所述的框架用来固定千斤顶与模板，所述的千斤顶的两端分别与框架及模板相连，且所述的千斤顶为模板内的试验结构体提供压力，变形监测装置与受力监测装置对试验结构体进行实时测试。
本发明的框架包括平行设置的顶梁与底梁，所述的顶梁与底梁之间设有垂直于两者的第一、第二立柱，所述的第一立柱与顶梁之间设有连接两者的第一加强梁，所述的第二立柱与顶梁之间设有连接两者的第二加强梁，所述的第一、第二加强梁位于第一、第二立柱之间，且第一、第二加强梁对称设置。
本发明的模板整体呈拱形结构，包括内模板及外模板，所述的内、外模板之间形成容纳试验结构体的空间，所述的模板设置在底梁上且位于第一、第二立柱的中间位置，所述的内模板上设有锚网，所述的内、外模板为木质内、外模板，所述的锚网为金属锚网。
本发明的千斤顶为液压千斤顶，所述的液压千斤顶围绕外模板外侧设置多台，所述的多台液压千斤顶的中轴线位于同一铅垂面内，所述的多台液压千斤顶分别通过油管与千斤顶控制台相连，所述的液压千斤顶的一端与框架相固定，液压千斤顶的另一端抵靠在外模板上，所述的多台液压千斤顶上均独立设有控制压力的阀门及压力表，所述的液压千斤顶两端的受力点与试验结构体的中心线处于同一铅垂面内。
本发明的液压千斤顶与外模板之间设有球形受力垫板，所述的球形受力垫板包括底板，底板上设有向外凸出的球面，所述的液压千斤顶与球形受力垫板相配合的端面上设有与球面相配合的凹面；所述的液压千斤顶与框架之间设有基座，所述的液压千斤顶与基座之间铰接相连。
本发明的模拟锚杆包括杆体，杆体的两端设有带螺纹的螺杆，所述的模拟锚杆穿过内、外模板，且模拟锚杆的两端分别用螺帽固定于内、外模板上，所述的杆体外壁上向内设有截面呈圆弧状的凹槽，所述的凹槽内埋设有光纤，且凹槽内填充有将光纤粘结于凹槽内的环氧树脂，光纤的一端显露在杆体外。
本发明的变形监测装置设置在模板与底梁形成的空间内，包括呈三角形布置的三根测绳，三根测绳交汇的三个顶点分别与多根模拟锚杆中的三根相连，且每根测绳上均设有读数器。
本发明的受力监测装置包括光纤分析仪及光纤传感器，所述的光纤传感器的一端与光纤分析仪相连，光纤传感器的另一端与模拟锚杆上的光纤相连。
本发明的多根模拟锚杆与多台液压千斤顶间隔交错布置。
由上述技术方案可知，本发明先将试验结构体放置于模板内，模板固定于框架上，将变形监测装置与受力监测装置与模拟锚杆相连接，再通过千斤顶来模拟地压的各种状态，通过与模拟锚杆相连的变形监测装置与受力监测装置来对试验结构体的变形量、破坏形式、最大承载力等参数进行实时监测，本发明相对于传统的理论计算，数值计算等方法来说，其可靠性与可行性都得到提升，且测试结果准确。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明模板及试验结构体以及模拟锚杆的连接结构示意图；
图3是本发明模拟锚杆的截面图；
图4是本发明液压千压顶、球形受力垫板与模板之间的连接分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-图4所示的一种锚网加固地下工程破碎围岩测试系统，包括模拟地层压力的千斤顶、试验结构体、用来放置试验结构体的模板、测试装置以及框架，所述的测试装置包括置于模板内的多根模拟锚杆、用以监测试验结构体变形量的变形监测装置以及监测模拟锚杆受力情况的受力监测装置，所述的变形监测装置与受力监测装置均与模拟锚杆相连，所述的框架用来固定千斤顶与模板，所述的千斤顶的两端分别与框架及模板相连，且所述的千斤顶为模板内的试验结构体提供压力，变形监测装置与受力监测装置对试验结构体进行实时测试。
本发明先将试验结构体放置于模板内，模板固定于框架上，将变形监测装置与受力监测装置与模拟锚杆相连接，再通过千斤顶来模拟地压的各种状态，通过与模拟锚杆相连的变形监测装置与受力监测装置来对试验结构体的变形量、破坏形式、最大承载力等参数进行实时监测，本发明相对于传统的理论计算，数值计算等方法来说，其可靠性与可行性都得到提升，且测试结果准确。
进一步的，框架包括平行设置的顶梁10与底梁11，顶梁10与底梁11之间设有垂直于两者的第一、第二立柱12、13，第一立柱12与顶梁10之间设有连接两者的第一加强梁14，第二立柱13与顶梁10之间设有连接两者的第二加强梁15，第一、第二加强梁14、15位于第一、第二立柱12、13之间，且第一、第二加强梁14、15对称设置。
进一步的，模板整体呈拱形结构，包括内模板20及外模板21，内、外模板20、21之间形成容纳试验结构体30的空间，模板设置在底梁11上且位于第一、第二立柱12、13的中间位置，内模板20上设有锚网，内、外模板20、21为木质内、外模板，锚网为金属锚网。需要注意的是，内、外模板采用木质材料，强度以能承载其内充填的破碎岩石(即试验结构体)的自重为依据。试验结构体30采用现场取样所得的岩石，其块度由相似比来确定。
进一步的，千斤顶为液压千斤顶40，液压千斤顶40围绕外模板21外侧设置多台，多台液压千斤顶40的中轴线位于同一铅垂面内，多台液压千斤顶40分别通过油管41与千斤顶控制台42相连，液压千斤顶40的一端与框架相固定，液压千斤顶40的另一端抵靠在外模板21上，多台液压千斤顶40上均独立设有控制压力的阀门及压力表，液压千斤顶40两端的受力点与试验结构体30的中心线处于同一铅垂面内，换句话说就是千斤顶40的两端与外模板及框架相连接之间的受力点位于试验结构体的中心线所处的铅垂面内。即每台液压千斤顶40通过独立的阀门控制压力以实现破碎围岩加固后的结构体的不对称受力和具有应力集中的模拟地压状态，模拟地压的大小通过压力表显示。另外，由于模板呈拱形，所以多台液压千斤顶40整体分布的形状也是呈拱形分布的，液压千斤顶40分别与框架中的第一、第二立柱12、13、第一、第二加强梁14、15和顶梁10相固定，设置第一、第二加强梁14、15不仅是为了加固顶梁10与第一、第二立柱12、13，同时也是为了方便液压千斤顶40的连接。
优选的，液压千斤顶40与外模板21之间设有球形受力垫板50，球形受力垫板50包括底板51，底板51上设有向外凸出的球面52，液压千斤顶40与球形受力垫板50相配合的端面上设有与球面相配合的凹面；球形受力垫板50的设置是为了使液压千斤顶40的作用力均匀的传递到试验结构体30上；液压千斤顶40与框架之间设有基座60，液压千斤顶40与基座60之间铰接相连。
进一步的，模拟锚杆70包括杆体，杆体的两端设有带螺纹的螺杆，模拟锚杆70穿过内、外模板，且模拟锚杆70的两端分别用螺帽固定于内、外模板20、21上，具体说模拟锚杆70的两端分别用第一、第二螺帽74、75来与内、外模板20、21相固定，杆体外壁上向内设有截面呈圆弧状的凹槽71，所述的凹槽71内埋设有光纤72，且凹槽71内填充有将光纤72粘结于凹槽71内的环氧树脂73，光纤72的一端显露在杆体外。模拟锚杆70的长度、直径及预紧力根据试验要求确定。
进一步的，变形监测装置设置在模板与底梁11形成的空间内，包括呈三角形布置的三根测绳80，三根测绳80交汇的三个顶点分别与多根模拟锚杆70中的三根相连，且每根测绳80上均设有读数器81。换句话说就是，变形监测装置包括三根测绳，三根测绳两两相连形成三角形，三根测绳的连接点分别连于三根模拟锚杆70上。
进一步的，受力监测装置包括光纤分析仪90及光纤传感器91，光纤传感器91的一端与光纤分析仪90相连，光纤传感器91的另一端与模拟锚杆70上的光纤72相连，锚网加固的破碎围岩的试验结构体在液压千斤顶40施加作用力时，模拟锚杆70受力发生变化，模拟锚杆70的材料同时会发生变化，通过光纤传感器91实时监测模拟锚杆70在锚网加固的破碎围岩试验结构体中的受力情况。
优选的，多根模拟锚杆70与多台液压千斤顶40间隔交错布置。
本发明的具体使用方法如下：
首先安装内、外模板，并在内模板表面铺设锚网，同时在内、外模板之间放入模拟锚杆，并在两端拧上第一、第二螺帽，但不需要拧紧，再向内、外模板之间填充破碎岩石并捣实，再依次均匀的拧紧第一、第二螺帽，其目的是模拟给模拟锚杆施加的预紧力，然后依次将多台液压千斤顶安装至基座上，并在液压千斤顶与外模板之间安装球形受力垫板，并施加少量的作用力保证液压千斤顶的稳定。所有的液压千斤顶安装固定之后开始试验，根据试验要求控制不同的加载形式，同时监测破碎岩石加固体的变形量、破坏形式、最大承载力等。其中，模拟锚杆的受力测试采用光纤传感器监测，其优点在于能实时监测模拟锚杆的受力状况；模拟试验结构体的变形采用三角法的测线上的读数器来反应。
本发明的有益效果在于：
1)可以在实验室中模拟和验证地下工程破碎围岩采用锚网加固后的结构体的可行性与可靠性；2)通过每个液压千斤顶作用力的大小模拟地层对锚网和破碎围岩组成结构体的不同形式的作用力；3)试验研究锚网加固的结构体的最大承载力；4)通过实验室内不同加固方案的试验可以确定最优的加固方案；5)采用光纤传感技术实时监测锚网加固后结构体承载过程中模拟锚杆的受力情况。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种锚网加固地下工程破碎围岩测试系统，其特征在于：包括模拟地层压力的千斤顶、试验结构体、用来放置试验结构体的模板、测试装置以及框架，所述的测试装置包括置于模板内的多根模拟锚杆(70)、用以监测试验结构体变形量的变形监测装置以及监测模拟锚杆受力情况的受力监测装置，所述的变形监测装置与受力监测装置均与模拟锚杆(70)相连，所述的框架用来固定千斤顶与模板，所述的千斤顶的两端分别与框架及模板相连，且所述的千斤顶为模板内的试验结构体提供压力，变形监测装置与受力监测装置对试验结构体进行实时测试，所述的框架包括平行设置的顶梁(10)与底梁(11)，所述的顶梁(10)与底梁(11)之间设有垂直于两者的第一、第二立柱(12、13)，所述的第一立柱(12)与顶梁(10)之间设有连接两者的第一加强梁(14)，所述的第二立柱(13)与顶梁(10)之间设有连接两者的第二加强梁(15)，所述的第一、第二加强梁(14、15)位于第一、第二立柱(12、13)之间，且第一、第二加强梁(14、15)对称设置，所述的模板整体呈拱形结构，包括内模板(20)及外模板(21)，所述的内、外模板(20、21)之间形成容纳试验结构体(30)的空间，所述的模板设置在底梁(11)上且位于第一、第二立柱(12、13)的中间位置，所述的内模板(20)上设有锚网，所述的内、外模板(20、21)为木质内、外模板，所述的锚网为金属锚网，所述的千斤顶为液压千斤顶(40)，所述的液压千斤顶(40)围绕外模板(21)外侧设置多台，所述的多台液压千斤顶(40)的中轴线位于同一铅垂面内，所述的多台液压千斤顶(40)分别通过油管(41)与千斤顶控制台(42)相连，所述的液压千斤顶(40)的一端与框架相固定，液压千斤顶(40)的另一端抵靠在外模板(21)上，所述的多台液压千斤顶(40)上均独立设有控制压力的阀门及压力表，所述的液压千斤顶(40)两端的受力点与试验结构体(30)的中心线处于同一铅垂面内，所述的液压千斤顶(40)与外模板(21)之间设有球形受力垫板(50)，所述的球形受力垫板(50)包括底板(51)，底板(51)上设有向外凸出的球面(52)，所述的液压千斤顶(40)与球形受力垫板(50)相配合的端面上设有与球面相配合的凹面；所述的液压千斤顶(40)与框架之间设有基座(60)，所述的液压千斤顶(40)与基座(60)之间铰接相连。
2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：所述的模拟锚杆(70)包括杆体，杆体的两端设有带螺纹的螺杆，所述的模拟锚杆(70)穿过内、外模板，且模拟锚杆(70)的两端分别用螺帽固定于内、外模板(20、21)上，所述的杆体外壁上向内设有截面呈圆弧状的凹槽(71)，所述的凹槽(71)内埋设有光纤(72)，且凹槽(71)内填充有将光纤(72)粘结于凹槽(71)内的环氧树脂(73)，光纤(72)的一端显露在杆体外。
3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述的变形监测装置设置在模板与底梁(11)形成的空间内，包括呈三角形布置的三根测绳(80)，三根测绳(80)交汇的三个顶点分别与多根模拟锚杆(70)中的三根相连，且每根测绳(80)上均设有读数器(81)。
4.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：所述的受力监测装置包括光纤分析仪(90)及光纤传感器(91)，所述的光纤传感器(91)的一端与光纤分析仪(90)相连，光纤传感器(91)的另一端与模拟锚杆(70)上的光纤(72)相连。
5.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：所述的多根模拟锚杆(70)与多台液压千斤顶(40)间隔交错布置。
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