CN103323336B - 一种可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可进行锚杆拉拔力测试的模拟装置及其试验方法，试验装置的组成为：试验箱：包括箱体(13)、箱体内盛放试验用岩土材料(14)，该岩土材料(14)中心插有试验用锚杆(18)，锚杆(18)上设有触片(15)；试验仪：包括底座(11)，箱体(13)设置在底座(11)上，底座(11)一侧设有竖管(9)，该竖管(9)上插有竖杆(3)，竖杆(3)顶部设有第一横杆(2)，第一横杆(2)一端插入竖杆(3)顶部，另一端焊有定滑轮(23)，所述竖杆(3)中间还设有一横管(7)、横管(7)中插有第二横杆(16)，第二横杆(16)端头设有千分表(19)；与现有技术相比，本发明装置能够实现对真实锚杆拉拔受力机理的完整模拟，为实际锚杆各参数的设计提供更加准确、详实的实验数据，并可保证其实际应用中的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟锚杆拉拔力的模拟试验装置及其试验方法。试验装置包括试验箱和试验仪两部分，能够实现对真实锚杆拉拔力受力机理的完整模拟；试验采用分级加载的方式，简单方便，可为实际锚杆各参数的设计提供准确的实验数据，并保证其在实际应用中的安全。
背景技术
由于我国高速公路和铁路建设事业发展迅猛，在不良地质地区开挖隧道、开凿边坡的工程问题繁多，这就需要采用大量的锚杆加固岩土体，但岩土工程问题复杂多变，软弱破碎带岩土体结构中锚杆的锚固机理及其影响因素尚需深入研究，因此，探寻一种可测锚杆拉拔力的试验装置及其试验方法，通过对其锚固机理的研究和对其试验数据的分析，为今后软弱破碎岩土体中锚杆加固的设计理论和施工方法提供一定的借鉴，并保障其实际应用的安全可靠非常必要。目前，许多学者采用不同的方法来实现对锚杆拉拔力性能的试验，例如，谢先彪(1994)在上下两平板之间对称放置两个千斤顶，并将锚杆上接头置于上平板上，同时启动两千斤顶，对锚杆进行抗拉拔试验；杨大兵等人(2011)在开孔支座上放置空心千斤顶，将锚杆插入空心千斤顶中进行抗拉拔试验；丁全录等人(2012)在导轨上放置拉拔油缸，将锚杆一端夹在与油缸相连的机构上，通过启动拉拔油缸来实现对锚杆整体拉拔性能的试验。以上试验装置均适用于施工现场，试验装置庞大，耗费成本高。本发明适用于锚杆拉拔力的模型试验，可模拟锚杆的拉拔力，探究锚杆的锚固机理及其影响因素，为锚杆各参数的设计提供依据，简单高效成本低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够模拟锚杆在不同影响因素下破坏的全过程，从而为实际锚杆的设计与施工提供准确的实验数据，并保障其在实际应用中的安全可靠的可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置及其方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置，其特征在于，该装置包括：
试验箱：包括箱体、箱体内盛放试验用岩土材料，该岩土材料中心插有试验用锚杆，锚杆上设有触片；
试验仪：包括底座，箱体设置在底座上，底座一侧设有竖管，该竖管上插有竖杆，竖杆可在竖管内上下伸缩，并通过第二限位螺栓固定，竖杆顶部设有第一横杆，第一横杆一端插入竖杆顶部，并通过第一限位螺栓调节第一横杆在竖杆两侧的长度，第一横杆另一端焊有定滑轮，光滑细绳绕过定滑轮，一端系有砝码盘，另一端系在锚杆上，所述竖杆中间还设有一横管、横管与套在竖杆上的管套焊接，并可通过管套绕竖杆轴向移动、周向转动，管套上设有第三限位螺栓；所述的横管中插有第二横杆，第二横杆可沿横管轴向的伸缩，并通过第四限位螺栓定位，第二横杆端头设有通过第五限位螺栓固定有千分表，千分表下设有触头；
千分表通过第二横杆沿横管的伸缩以及横管沿竖杆的轴向移动或周向转动进行全方位移动，使触头接触到锚杆的触片，通过在砝码盘中增加砝码可使试验采用分级加载的方式进行。
所述的箱体为由钢板焊制构成，作为试验箱的主体。
所述的锚杆一端呈钩状，且在弯钩附近通过紧固螺栓将触片固定在锚杆上，另一端插在岩土材料的中心处。
调节第一横杆在竖杆两侧的长度，并通过第一限位螺栓固定，通过调节第一横杆在竖杆两侧的长度以及竖杆沿竖管的轴向移动或周向转动，使定滑轮位置可全方位调节，从而使定滑轮的一端对准锚杆的弯钩。
所述的底座底部安装万向轮；底座一侧设有凸形区，竖管底部设有接口盘，接口盘通过螺栓固定在凸形区。
一种可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置进行实验的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)本发明由试验箱和试验仪两部分组成。
(2)选定模型试验的相似比，从而确定箱体内部净空尺寸，进而焊制模型箱主体。
(3)据试验需要，按试验相似比进行模型岩土材料的配置，将配置好的模型岩土材料注入到四周涂有润滑油脂的模型主体中，按指定要求的密度压实捣密。
(4)在模型岩土材料表面中心处钻垂直孔，其有效深度要超出锚杆长度约0.5cm。
(5)据试验需要用环氧树脂A、B胶按适当体积比混合配制环氧树脂，配好后，用注射器抽取环氧树脂注入钻孔内，模拟注浆。
(6)将事先准备好的锚杆沿钻孔方向插入试验所需深度，静置24小时后将模型箱搬到试验仪上开始试验。由于原型岩土体中锚杆布置密集，而锚杆自身直径小，无法在试验中实现相应地缩小，试验锚杆可按与设计拉拔力相等原则进行一定的等效，即在试验中用一根粗锚杆代替若干根细锚杆，确定其大小，而后据试验要求在其一端一定长度刻槽，并涂刷一道环氧树脂，将其另一端用钳子弯成钩状，作为锚杆拉拔的传力头，在靠近弯钩处用限位螺栓将触片固定在试验锚杆上。
(7)通过调节试验仪上的限位螺栓，使定滑轮一端刚好位于锚杆弯钩正上方，千分表的触头与锚杆上触片接触，紧固好各限位螺栓，将千分表的读书调零。
(8)将光滑细绳绕过定滑轮一端系在锚杆弯钩上，另一端系好砝码盘，采用分级加载的方式开始试验，每级荷载稳定5分钟后才开始施加下一级荷载，同时记录下千分表的读数，当锚杆被拉出或千分表读数急剧变化时，停止试验。
所述的环氧树脂为环氧树脂AB胶按体积比1∶(1～10)混合制成。
由于原型岩土体中锚杆布置密集，而锚杆自身直径小，无法在试验中实现相应地缩小，试验锚杆可按与设计拉拔力相等原则进行一定的等效，即在试验中用一根粗锚杆代替若干根细锚杆，确定其大小，而后据试验要求在其一端一定长度刻槽，并涂刷一道环氧树脂，将其另一端用钳子弯成钩状，作为锚杆拉拔的传力头，在靠近弯钩处用限位螺栓将触片固定在试验锚杆上。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)能再现原型岩土的应力场；
(2)可实现对真实锚杆拉拔过程的完整模拟；
(3)可对锚杆的锚固机理及其影响因素进行深入研究分析，为今后岩土体中锚杆加固的设计理论和施工方法提供一定的技术支持；
(4)所用试验装置简单，使用方便，试验成本低，准确度高。
本发明在模拟研究锚杆拉拔力问题方面具有真实全面的特点，试验数据可靠，可为锚杆各参数的设计与施工提供有力的保障。
附图说明
附图1是本发明中试验装置总体结构示意图；
附图2是本发明中千分表、触盘局部结构示意图。
附图中的标注说明：1-第一限位螺栓、4-第三限位螺栓、6-第二限位螺栓、8-第四限位螺栓、17-第五限位螺栓、2-第一横杆、3-竖杆、5-管套、7-横管、9-竖管、10-竖管接口盘、11-底座、12-万向轮、13-箱体、14-岩土材料、15-触片、16-第二横杆、18-锚杆、19-千分表、20-砝码盘、21-砝码、22-光滑细绳、23-定滑轮、24-紧固螺栓、25-触头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1、2所示，本发明涉及一种模拟锚杆拉拔力的试验装置及其试验方法，试验装置的组成为：
(1)试验箱：由钢板焊制的箱体13构成试验箱的主体；箱体内部盛放试验用的岩土材料14；试验用锚杆18一端呈钩状，且在弯钩附近通过紧固螺栓24将触片15固定在锚杆18上，另一端插在岩土材料14的中心处。
(2)试验仪：底座11底部安装万向轮12，箱体13设置在底座11上，底座11一侧设有凸形区，该凸形区上设有竖管9，竖管9底部设有接口盘10，接口盘10用螺栓连接固定在底座11上；竖管9上插有竖杆3，竖杆3可在竖管9内上下伸缩，并通过第二限位螺栓6固定，竖杆3插在竖管9中，并可通过第二限位螺栓6在一定范围内实现竖向伸缩；竖杆3顶部设有一孔，该孔内插有第一横杆2，第一横杆2可在竖杆3顶部轴向移动调节第一横杆2在竖杆3两侧的长度，并通过第一限位螺栓1固定。第一横杆2另一端焊有定滑轮23，光滑细绳22绕过定滑轮23，一端系有砝码盘20，另一端系在锚杆18上，通过调节第一横杆2在竖杆3两侧的长度以及竖杆3沿竖管9的轴向移动或周向转动，一定范围内，可实现定滑轮23位置的全方位调节，从而使定滑轮23的一端对准锚杆18的弯钩；所述竖杆3中间还设有一横管7、横管7与套在竖杆3上的管套5焊接，并可通过管套5绕竖杆3轴向移动、周向转动，管套5上设有第三限位螺栓4，横管7与套在竖杆3上的管套5焊接，并通过限位螺栓4，可实现沿竖杆3的轴向移动、周向转动；所述的横管7中插有第二横杆16，第二横杆16可沿横管7轴向的伸缩，并通过第四限位螺栓8定位，第二横杆16端头设有通过第五限位螺栓17固定有千分表19，千分表19下设有触头25；通过第二横杆16沿横管7的伸缩以及横管7沿竖杆3的轴向移动或周向转动，一定范围内，可实现千分表19位置的全方位移动，从而确保千分表触头25能接触到锚杆18的触片15；通过在砝码盘20中增加砝码21可使试验采用分级加载的方式进行。
具体的试验方法为：按试验需要，选定模型试验的相似比，从而确定箱体内部净空尺寸，进而焊制模型箱主体，将配制好的模型岩土材料14注入到焊制好好的四周涂有润滑油脂的箱体13中按要求压实捣密；在模型岩土材料14表面中心处钻竖直孔，其有效深度要超出锚杆长度约0.5cm，并用注射器注射预先按需配好的环氧树脂(根据需要由环氧树脂AB胶按体积比1∶(1～10)混合而成)，模拟注浆；在注入环氧树脂5分钟后将事先已通过紧固螺栓24将触片15固定准备好的锚杆18插入孔中静置24小时；由于原型岩土体中锚杆布置密集，而锚杆自身直径小，无法在试验中实现相应地缩小，试验锚杆可按与设计拉拔力相等原则进行一定的等效，即在试验中用一根粗锚杆代替若干根细锚杆，确定其大小，而后据试验要求在其一端一定长度刻槽，并涂刷一道环氧树脂，将其另一端用钳子弯成钩状，作为锚杆拉拔的传力头，在靠近弯钩处用限位螺栓将触片固定在试验锚杆上。通过调节第一限位螺栓1、第三限位螺栓4、第二限位螺栓6、第四限位螺栓8、第五限位螺栓17安装并固定好定滑轮23和千分表19，并将千分表19调零；采用分级加载的方式开始试验并记录数据。
由图1、2可见，本发明能够实现对真实锚杆拉拔受力机理的完整模拟，为实际锚杆各参数的设计提供准确、详实的实验数据，并可保障其在实际应用中的可靠性。
Claims (7)
1.一种可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置，其特征在于，该装置包括：
试验箱：包括箱体(13)，箱体内盛放试验用岩土材料(14)，该岩土材料(14)中心插有试验用锚杆(18)，锚杆(18)上设有触片(15)；
试验仪：包括底座(11)，箱体(13)设置在底座(11)上，底座(11)一侧设有竖管(9)，该竖管(9)上插有竖杆(3)，竖杆(3)可在竖管(9)内上下伸缩，并通过第二限位螺栓(6)固定，竖杆(3)顶部设有第一横杆(2)，第一横杆(2)一端插入竖杆(3)顶部，并通过第一限位螺栓(1)调节第一横杆(2)在竖杆(3)两侧的长度，第一横杆(2)另一端焊有定滑轮(23)，光滑细绳(22)绕过定滑轮(23)，一端系有砝码盘(20)，另一端系在锚杆(18)上，所述竖杆(3)中间还设有一横管(7)，横管(7)与套在竖杆(3)上的管套(5)焊接，并可通过管套(5)绕竖杆(3)轴向移动、周向转动，管套(5)上设有第三限位螺栓(4)；所述的横管(7)中插有第二横杆(16)，第二横杆(16)可沿横管(7)轴向地伸缩，并通过第四限位螺栓(8)定位，第二横杆(16)端头通过第五限位螺栓(17)固定有千分表(19)，千分表(19)下设有触头(25)；
千分表(19)通过第二横杆(16)沿横管(7)的伸缩以及横管(7)沿竖杆(3)的轴向移动或周向转动进行全方位移动，使触头(25)接触到锚杆(18)的触片(15)，通过在砝码盘(20)中增加砝码(21)可使试验采用分级加载的方式进行；
调节第一横杆(2)在竖杆(3)两侧的长度，并通过第一限位螺栓(1)固定，通过调节第一横杆(2)在竖杆(3)两侧的长度以及竖杆(3)沿竖管(9)的轴向移动或周向转动，使定滑轮(23)位置可全方位调节，从而使定滑轮(23)的一端对准锚杆(18)的弯钩。
2.根据权利要求1所述的一种可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置，其特征在于，所述的箱体(13)为由钢板焊制构成，作为试验箱的主体。
3.根据权利要求1所述的一种可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置，其特征在于，所述的锚杆(18)一端呈钩状，且在弯钩附近通过紧固螺栓(24)将触片(15)固定在锚杆(18)上，另一端插在岩土材料(14)的中心处。
4.根据权利要求1所述的一种可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置，其特征在于，所述的底座(11)底部安装万向轮(12)；底座(11)一侧设有凸形区，竖管(9)底部设有接口盘(10)，接口盘(10)通过螺栓固定在凸形区。
5.一种如权利要求1所述的可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置进行实验的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在箱体(13)四周涂润滑油脂，将待试验岩土材料(14)注入到箱体(13)中，压实捣密；
(2)岩土材料表面中心处钻垂直孔，其有效深度超出锚杆长度0.5cm；
(3)在步骤(2)所述孔内注入环氧树脂，模拟注浆；
(4)将锚杆沿钻孔方向插入试验所需深度，静置24小时后将模型箱搬到试验仪上开始试验；
(5)通过调节试验仪上的限位螺栓，使定滑轮(23)一端刚好位于锚杆(18)弯钩正上方，千分表(19)的触头(25)与锚杆(18)上触片(15)接触，紧固好各限位螺栓，将千分表(19)的读数调零；
(6)将光滑细绳(22)绕过定滑轮(23)一端系在锚杆(18)弯钩上，另一端系好砝码盘(20)，采用分级加载的方式开始试验，每级荷载稳定5分钟后才开始施加下一级荷载，同时记录下千分表(19)的读数，当锚杆(18)被拉出或千分表(19)读数急剧变化时，停止试验。
6.根据权利要求5所述的可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置进行实验的方法，其特征在于，步骤(3)所述的环氧树脂为环氧树脂AB胶按体积比1：(1～10)混合制成。
7.根据权利要求5所述的可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置进行实验的方法，其特征在于，由于原型岩土体中锚杆布置密集，而锚杆自身直径小，无法在试验中实现相应地缩小，试验锚杆可按与设计拉拔力相等原则进行一定的等效，即在试验中用一根粗锚杆代替若干根细锚杆，确定其大小，而后据试验要求在其一端一定长度刻槽，并涂刷一道环氧树脂，将其另一端用钳子弯成钩状，作为锚杆拉拔的传力头，在靠近弯钩处用限位螺栓将触片固定在试验锚杆上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20151125 Termination date: 20190122 |