CN103398901A - 一种锚杆室内拉拔试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锚杆室内拉拔试验装置，属岩土工程技术领域，试验装置由水平加载系统、竖向加载系统、锚杆拉拔系统、箱体、支撑柱、承托板组成。该试验装置可实现对试样两个水平方向和竖直方向的加载，解决了传统的锚杆室内拉拔试验装置无法进行加载条件下的拉拔试验问题，试验装置中设置的声发射传感器，可实现全程监测锚杆拉拔试验过程中试样内部发生的损伤破坏、裂隙萌生与扩展情况，克服了传统室内拉拔试验中不便监测锚固体力学响应的局限性。本发明既可应用于岩土工程中胀壳式锚杆及相应锚固体力学行为的拉拔试验研究中，从而为胀壳式锚杆的锚固性能测试提供科学的试验依据，也可应用于粘结式锚杆的拉拔试验研究中。

Description

一种锚杆室内拉拔试验装置

技术领域

本发明涉及一种锚杆室内拉拔试验装置，属岩土工程技术领域，该装置主要用于岩土工程中胀壳式锚杆的室内拉拔试验研究中。 

背景技术

锚杆支护是边坡、隧道及地下采场等岩土工程中常用的一种经济、高效的围岩加固方式。根据杆体与岩土体之间锚固型式的不同，常见的锚杆可分为粘结式锚杆和机械式锚杆两种。粘结式锚杆，其锚固段采用水泥砂浆或者化学锚固剂（如树脂药卷、快硬水泥等）将杆体与周围的岩土体紧密粘结在一起，依靠杆体与粘结剂、粘结剂与岩土体之间的粘结力提供锚固力，发挥锚杆的锚固作用；而机械式锚杆则是采用特制的内锚固头，将杆体与围岩牢牢咬合在一起，发挥锚杆的锚固作用。常见的机械式锚杆主要有楔缝式、楔头式和胀壳式三种。中国专利公开号CN102808635A，公开日期2012年12月5日，发明名称“一种胀壳式内锚头预应力锚杆及其安装使用方法”，该申请案公开了一种胀壳式内锚头预应力锚杆及其安装使用方法。胀壳式锚杆由于其锚固段与钻孔孔壁接触面积大，因而可提供锚固力大、锚固性能可靠，而且对不同的岩性适应性好、杆体易于回收，在我国矿山及隧道工程领域应用广泛。

利用拉拔试验装置进行锚杆室内拉拔试验是测试锚杆锚固性能的重要手段和途径，室内试验结果（如锚杆拉拔力与拉拔位移的关系、锚杆极限抗拔力等）是锚固工程设计中的重要参数，同时也是指导锚固工程现场实践的重要依据。传统的锚杆室内拉拔试验装置，是针对粘结式锚杆的室内拉拔试验而设计的。在进行粘结式锚杆的室内拉拔试验时，随着拉拔力的逐渐增大，锚固系统的主要破坏形式表现为锚固界面的粘结失效，即锚固界面内的剪应力达到其抗剪强度时，锚固界面产生剪切滑移现象。根据锚杆拉拔力与拉拔位移的关系曲线获取锚杆的锚固性能参数，如极限抗拔力等。然而，传统的锚杆室内拉拔试验装置并不适用于胀壳式锚杆的室内拉拔试验，主要表现在以下两个方面：

（1）与粘结式锚杆不同，胀壳式锚杆在拉拔试验中的主要破坏形式为：随着拉拔力的增大，锚杆胀壳因膨胀而将钻孔孔壁胀裂，导致拉拔力迅速降低。钻孔是否发生胀裂与试样的受力状态具有密切的相关性，而传统的锚杆室内拉拔试验装置结构简单，不能进行试样加载条件下的拉拔试验，因而不适用于胀壳式锚杆的室内拉拔试验。

（2）如（1）中所述，试样的损伤破坏是导致锚固系统失效的主要原因，在进行胀壳式锚杆的拉拔试验中，适时、动态地监测试样的损伤破坏程度、试样内裂隙的萌生、扩展与贯通情况，对于认识胀壳式锚杆的锚固特性及锚固参数的准确获取至关重要，而传统的锚杆室内拉拔试验装置无法达到上述要求。

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杆室内拉拔试验装置。

本发明所采用的技术方案是：一种锚杆室内拉拔试验装置，所述的试验装置由水平加载系统、竖向加载系统、锚杆拉拔系统、箱体、支撑柱、承托板组成，箱体呈敞口状，水平加载系统由第一水平加载千斤顶、第二水平加载千斤顶、第一水平荷载反力装置、第二水平荷载反力装置构成，第一水平加载千斤顶、第二水平加载千斤顶分别固定布置在箱体的两个内侧壁上，第一水平加载千斤顶与第二水平加载千斤顶的轴线相互垂直，第一水平荷载反力装置、第二水平荷载反力装置分别固定布置在箱体的另外两个内侧壁上，第一水平荷载反力装置与第一水平加载千斤顶轴线重合，第二水平荷载反力装置与第二水平加载千斤顶轴线重合，箱体内部底面上对称设置四根垂直支撑柱，支撑柱上端与承托板固定连接，承托板中心开有圆形通孔，承托板上表面固定安装有拉拔穿心千斤顶，承托板下表面固定安装有竖向加载穿心千斤顶，箱体的内部底面上开有定位槽，定位槽的法向中心轴线与拉拔穿心千斤顶、竖向加载穿心千斤顶、圆形通孔的中心轴线重合。

所述的第一水平荷载反力装置的上、下表面上分别对称设置有第一声发射传感器安装室和第二声发射传感器安装室，第一声发射传感器、第二声发射传感器分别安装在第一声发射传感器安装室和第二声发射传感器安装室中，在第二水平荷载反力装置的左、右端面上分别对称设置有第三声发射传感器安装室和第四声发射传感器安装室，第三声发射传感器、第四声发射传感器分别安装在第三声发射传感器安装室和第四声发射传感器安装室中。

由于采用了以上技术方案，本发明锚杆室内拉拔试验装置，水平加载系统、竖向加载系统，可实现对试样水平两个方向及竖直方向的加载，进而实现加载条件下胀壳式锚杆的拉拔试验，解决了传统锚杆室内拉拔试验装置无法进行胀壳式锚杆拉拔试验的问题，试验装置中设置的声发射传感器，可全程同步监测拉拔试验过程中，由于胀壳膨胀而造成的试样内部损伤破坏、裂隙的萌生与扩展情况，克服了传统室内拉拔试验中不便监测锚固体力学响应的局限性，同时，四个声发射传感器非线性布置可有效实现对试样内部裂隙扩展的跟踪定位，对于认识胀壳式锚杆的锚固特性及锚固参数的准确获取具有重要意义。

本发明试验装置设计合理，安装使用方便，也适用于普通粘结式锚杆的拉拔试验研究中，具有应用范围广的优点。

附图说明

图1是本发明锚杆室内拉拔试验装置的结构示意图。

图2是本发明锚杆室内拉拔试验装置的箱体内部结构示意图。

图3是本发明锚杆室内拉拔试验装置的使用状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种锚杆室内拉拔试验装置作进一步详细的描述。

见附图。

一种锚杆室内拉拔试验装置，试验装置由水平加载系统、竖向加载系统、锚杆拉拔系统、箱体4、支撑柱10、承托板3组成，箱体4呈敞口状，水平加载系统由第一水平加载千斤顶5、第二水平加载千斤顶6、第一水平荷载反力装置7、第二水平荷载反力装置8构成，第一水平加载千斤顶5、第二水平加载千斤顶6分别固定布置在箱体4的两个内侧壁上，第一水平加载千斤顶5与第二水平加载千斤顶6的轴线相互垂直，第一水平荷载反力装置7、第二水平荷载反力装置8分别固定布置在箱体4的另外两个内侧壁上，第一水平荷载反力装置7与第一水平加载千斤顶5轴线重合，第二水平荷载反力装置8与第二水平加载千斤顶6轴线重合，第一水平加载千斤顶5、第二水平加载千斤顶6上分别安装有第一水平荷载传感器14、第二水平荷载传感器15，箱体4内部底面上对称设置四根垂直支撑柱10，支撑柱10与箱体4的底面垂直，支撑柱10上端与承托板3固定连接，承托板3中心开有圆形通孔24，圆形通孔24的设置用于测试锚杆28的安装，承托板3上表面固定安装有拉拔穿心千斤顶1，拉拔穿心千斤顶1上安装有拉拔荷载传感器11和拉拔位移传感器12，承托板3下表面固定安装有竖向加载穿心千斤顶2，竖向加载穿心千斤顶2上安装有竖向荷载传感器13，箱体4的内部底面上开有定位槽9，定位槽9呈矩形状，定位槽9用于下承载板25的安装，定位槽9的法向中心轴线与拉拔穿心千斤顶1、竖向加载穿心千斤顶2、圆形通孔24的中心轴线重合，可避免测试锚杆28在拉拔试验过程中偏心拉拔现象的发生。

第一水平荷载反力装置7上、下表面上分别对称设置有第一声发射传感器安装室16和第二声发射传感器安装室17，第一声发射传感器安装室16、第二声发射传感器安装室17分别用于第一声发射传感器20、第二声发射传感器21的安装，第二水平荷载反力装置8左、右端面上分别对称设置有第三声发射传感器安装室18和第四声发射传感器安装室19，第三声发射传感器安装室18、第四声发射传感器安装室19分别用于第三声发射传感器22和第四声发射传感器23的安装，四个声发射传感器安装室为槽形状。

本发明锚杆室内拉拔试验装置的工作原理，见附图3。

a 声发射传感器安装。分别在第一声发射传感器20、第二声发射传感器21、第三声发射传感器22、第四声发射传感器23的压电陶瓷表面均匀涂抹一层凡士林耦合剂，然后将其分别放入第一声发射传感器安装室16、第二声发射传感器安装室17、第三声发射传感器安装室18、第四声发射传感器安装室19，第一声发射传感器20、第二声发射传感器21、第三声发射传感器22、第四声发射传感器23分别外接声发射信号接收装置，进行断铅试验，分别测试第一声发射传感器20、第二声发射传感器21、第三声发射传感器22、第四声发射传感器23的耦合状况。 

b 预加载试样。将下承压板25安装在定位槽9内，试样26放置在下承压板25之上，并使试样26紧靠第一水平荷载反力装置7和第二水平荷载反力装置8的竖直端面，将上承压板27放置在试样26之上，并使上承压板27的中心孔与试样26的钻孔中心对齐，第一水平加载千斤顶5、第二水平加载千斤顶6分别按照一定加载速率施加第一水平荷载、第二水平荷载至预定值，第一水平荷载值、第二水平荷载值分别由第一水平荷载传感器14、第二水平荷载传感器15获取，水平荷载的施加使得试样26固定不动，重新调整上承压板27的位置，使其中心孔与试样26的钻孔中心对齐，竖向加载穿心千斤顶2按照一定加载速率施加竖向荷载至预定值，竖向荷载值由竖向荷载传感器13获取，至此，完成了试样的预加载。

c 安装测试锚杆。测试锚杆28依次穿过拉拔穿心千斤顶1、承托板3的圆形通孔24、竖向加载穿心千斤顶2、上承压板27，安装在试样26内，将托板29放置在拉拔穿心千斤顶1上，安装锚杆垫板30，拧紧锚杆的紧固螺母31。

d 拉拔试验。第一水平加载千斤顶5、第二水平加载千斤顶6按照一定加载速率分别继续施加第一水平荷载、第二水平荷载至预定值，并保持第一水平荷载、第二水平荷载稳定，竖向加载穿心千斤顶2按照一定加载速率继续施加竖向荷载至预定荷载值，并保持竖向荷载稳定，拉拔穿心千斤顶1采用位移控制方式或者荷载控制方式逐步施加拉拔力，同时启动声发射信号接收装置，接收拉拔试验过程中声发射信号，实现同步监测拉拔试验全过程中试样26内部损伤破坏、裂隙的萌生与扩展情况。

Claims (2)

1.一种锚杆室内拉拔试验装置，其特征在于：所述的试验装置由水平加载系统、竖向加载系统、锚杆拉拔系统、箱体（4）、支撑柱（10）、承托板（3）组成，箱体（4）呈敞口状，水平加载系统由第一水平加载千斤顶（5）、第二水平加载千斤顶（6）、第一水平荷载反力装置（7）、第二水平荷载反力装置（8）构成，第一水平加载千斤顶（5）、第二水平加载千斤顶（6）分别固定布置在箱体（4）的两个内侧壁上，第一水平加载千斤顶（5）与第二水平加载千斤顶（6）的轴线相互垂直，第一水平荷载反力装置（7）、第二水平荷载反力装置（8）分别固定布置在箱体（4）的另外两个内侧壁上，第一水平荷载反力装置（7）与第一水平加载千斤顶（5）轴线重合，第二水平荷载反力装置（8）与第二水平加载千斤顶（6）轴线重合，箱体（4）内部底面上对称设置四根垂直支撑柱（10），支撑柱（10）上端与承托板（3）固定连接，承托板（3）中心开有圆形通孔（24），承托板（3）上表面固定安装有拉拔穿心千斤顶（1），承托板（3）下表面固定安装有竖向加载穿心千斤顶（2），箱体（4）的内部底面上开有定位槽（9），定位槽（9）的法向中心轴线与拉拔穿心千斤顶（1）、竖向加载穿心千斤顶（2）、圆形通孔（24）的中心轴线重合。

2.根据权利要求1所述的锚杆室内拉拔试验装置，其特征在于：所述的第一水平荷载反力装置（7）的上、下表面上分别对称设置有第一声发射传感器安装室（16）和第二声发射传感器安装室（17），第一声发射传感器（20）、第二声发射传感器（21）分别安装在第一声发射传感器安装室（16）和第二声发射传感器安装室（17）中，在第二水平荷载反力装置（8）的左、右端面上分别对称设置有第三声发射传感器安装室（18）和第四声发射传感器安装室（19），第三声发射传感器（22）、第四声发射传感器（23）分别安装在第三声发射传感器安装室（18）和第四声发射传感器安装室（19）中。

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