CN105784590B - 测试锚固系统锚固界面粘结强度的方法及装置 - Google Patents

测试锚固系统锚固界面粘结强度的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种测试锚固系统锚固界面粘结强度的方法及装置，属岩土工程技术领域。包括以下步骤：制作锚固试样，在锚固试样中心轴线上钻出锚杆钻孔，将锚杆放置于锚杆钻孔内，向锚杆钻孔内灌注锚固剂，制作成测试试样；待锚固剂凝固后，将测试试样放置于限位装置内，锚杆穿过限位孔；测试第一锚固界面粘结强度时，将限位塞拧进限位孔内，并使限位塞与测试试样紧密贴合；测试第二锚固界面粘结强度时，将承拉盘安装在锚杆的内延长段上，并使承拉盘与锚固剂紧密贴合；对锚杆施加拉拔力，并实时记录拉拔力与拉拔位移；分析试验数据，根据公式计算锚固界面粘结强度，绘制试验曲线。

Description

测试锚固系统锚固界面粘结强度的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种测试锚固系统锚固界面粘结强度的方法及装置，属岩土工程技术领域。
背景技术
锚杆是交通、水利及采矿等行业锚固工程中应用最广泛的支护型式之一。锚杆和岩体之间通过锚固剂粘结在一起，锚固系统是包含锚杆及锚固剂在内的综合称谓。锚固系统内共包含两个锚固界面：第一锚固界面指的是锚杆与锚固剂粘结所形成的锚固界面；第二锚固界面指的是锚固剂与周围岩体（锚杆钻孔）粘结所形成的锚固界面。锚固界面粘结强度是影响锚固系统支护性能的关键因素之一，室内拉拔试验是获取锚固界面粘结强度的主要测试方法。传统的拉拔试验中，在拉拔力的作用下锚杆与锚固体逐步分离、从锚杆钻孔中拖拽出来。然而，传统的室内拉拔试验无法准确获取第一及第二锚固界面的粘结强度，存在以下主要缺陷：（1）拉拔力作用下第一及第二锚固界面均未破坏，仅仅锚固剂内部发生破坏，因而测得的结果实质上是锚固剂本身的粘结强度，并非是锚固界面的粘结强度；（2）拉拔力作用下第一及第二锚固界面均发生破坏，因而无法准确计算第一及第二锚固界面的粘结强度；（3）拉拔力作用下始终是第一锚固界面发生破坏，因而无法获取第二锚固界面的粘结强度；（4）拉拔力作用下始终是第二锚固界面发生破坏，因而无法获取第一锚固界面的粘结强度。
发明内容
针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种测试锚固系统锚固界面粘结强度的方法及装置，可用于岩土锚固领域中锚杆与锚固剂所形成的锚固界面、锚固剂与岩体所形成的锚固界面粘结强度的室内测试研究。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：测试锚固系统锚固界面粘结强度的方法，包括以下步骤：
A．制作锚固试样，在锚固试样中心轴线上钻出锚杆钻孔，将锚杆放置于锚杆钻孔内，向锚杆钻孔内灌注锚固剂，制作成测试试样；
B．待锚固剂凝固后，将测试试样放置于限位装置内，锚杆穿过限位孔；
C．测试第一锚固界面粘结强度时，将限位塞拧进限位孔内，并使限位塞与测试试样紧密贴合；测试第二锚固界面粘结强度时，将承拉盘安装在锚杆的内延长段上，并使承拉盘与锚固剂紧密贴合；
D．对锚杆施加拉拔力，并实时记录拉拔力与拉拔位移；
E．分析试验数据，根据公式计算锚固界面粘结强度，绘制试验曲线。
测试锚固系统锚固界面粘结强度的装置，包括锚固试样，锚固试样的中心轴线上设置有锚杆钻孔，锚杆钻孔内设置有锚杆，锚固试样与锚杆之间设有锚固剂，在锚固试样的一个端面上设置有限位装置，限位装置上设置有限位孔，限位孔内连接有限位塞，锚杆穿过限位塞的内孔，在锚杆的内延长段上设置有承拉盘，在限位塞对应的锚杆端部设置能够施加拉拔力的装置。
所述限位装置为试样室，锚固试样设置在试样室内，限位孔设置在试样室的一个端面上。
所述试样室为箱体结构。
所述限位孔内设置有内螺纹，限位塞上设置有与限位孔的内螺纹配合的外螺纹。
所述限位塞呈中空圆柱状。
所述承拉盘呈中空圆柱状，承拉盘通过螺纹与锚杆的内延长段连接。
所述限位塞的外径比锚杆钻孔直径大2～4mm。
所述承拉盘的外径比锚杆钻孔直径小0.5～1mm。
本发明的有益效果是：本装置结构简单、安装方便，在室内试验条件下，可更好的模拟实际工况，测试方法科学合理，测试操作过程简便易行，采用本装置及方法可准确获取锚固系统第一及第二锚固界面粘结强度，对于锚固工程设计具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明试样室的结构示意图。
图3是第一锚固界面粘结强度的测试方案示意图。
图4是第二锚固界面粘结强度的测试方案示意图。
图5是实施例1得到的拉拔力与拉拔位移关系曲线。
图6是实施例2得到的拉拔力与拉拔位移关系曲线。
具体实施方式
本发明公开一种测试锚固系统锚固界面粘结强度的方法，所述锚固系统第一及第二锚固界面粘结强度的室内测试方法按以下步骤进行：
A.制作锚固试样1，在锚固试样1中心轴线上钻出锚杆钻孔，将锚杆2放置于锚杆钻孔内，向锚杆钻孔内灌注锚固剂3，制作成由锚固试样1、锚杆2和锚固剂3组成的测试试样；
B.待锚固剂3凝固后，将测试试样放置于限位装置内，锚杆2穿过限位孔5；
C.测试第一锚固界面粘结强度时，将限位塞6拧进限位孔5内，并使限位塞6与测试试样紧密贴合；测试第二锚固界面粘结强度时，将承拉盘7安装在锚杆2的内延长段8上，并使承拉盘7与锚固剂3紧密贴合；
D.以设定的加载速率对锚杆2施加拉拔力9，并实时记录拉拔力与拉拔位移；
E.分析试验数据，绘制试验曲线，根据公式计算锚固界面粘结强度。
如图1～4所示，本发明还公开了测试锚固系统锚固界面粘结强度的装置，包括锚固试样1，锚固试样1的中心轴线上设置有锚杆钻孔，锚杆钻孔内设置有锚杆2，锚固试样1与锚杆2之间设有锚固剂3，在锚固试样1的一个端面上设置有限位装置，限位装置上设置有限位孔5，限位孔5内连接有限位塞6，锚杆2穿过限位塞6的内孔，在锚杆2的内延长段8上设置有承拉盘7，在限位塞6对应的锚杆2端部设置能够施加拉拔力的装置。
本发明优选方案是，限位装置为试样室4，锚固试样1设在试样室4内，限位孔5设置在试样室4的一个端面上，试样室4为箱体结构。
本发明限位孔5内设置有内螺纹，限位塞6上设置有与限位孔5的内螺纹配合的外螺纹；限位塞6呈中空圆柱状。
承拉盘7呈中空圆柱状，承拉盘7通过螺纹与锚杆2的内延长段8连接。
限位塞6的外径比锚杆钻孔直径大2～4mm。
承拉盘7外径比锚杆钻孔直径小0.5～1mm。
应用本方法测试第一锚固界面粘结强度时，限位塞及限位孔的设计可实现锚杆拉拔过程中第一锚固界面逐步发生破裂失效，限位塞的外径比锚杆钻孔直径大2～4mm，可避免锚杆拉拔过程中锚固剂发生位移和变形，进而保护第二锚固界面不发生破坏；测试第二锚固界面粘结强度时，承拉盘安装在锚杆的内延长段上并与锚固剂紧密贴合，承拉盘外径比锚杆钻孔直径小0.5～1mm，锚杆拉拔过程中承拉盘与锚杆同时产生位移，一方面避免了第一锚固界面的变形与破坏，另一方面在承拉盘的带动下锚固剂与钻孔孔壁产生分离变形，即第二锚固界面逐步破坏失效。
实施例1
A．浇筑尺寸为20 cm×20 cm×25cm的长方体锚固试样1，锚固试样1所用材料及其配比为水：水泥：石英砂=0.4：1：1；待锚固试样1养护14天后，在其中心轴线钻出直径为30mm、长度250mm的锚杆钻孔；制作直径为10mm、总长度为60cm的锚杆2，锚杆2内延长段8的长度为10cm；将锚杆2放置于锚杆钻孔中心，向锚杆钻孔内灌注锚固剂3，锚固剂3所用材料及其配比为水：水泥=0.5:1；至此制作成由锚固试样1、锚杆2和锚固剂3组成的测试试样。
B．待锚固剂3凝固后，将测试试样放置于试样室4内，锚杆2穿过限位孔5，如图2所示，试样室4内部尺寸为20 cm×20 cm×45cm，限位孔5直径为33mm。
C．测试第一锚固界面粘结强度时，测试方案如图3所示，将外径为33mm、内径为10mm的限位塞6拧进限位孔5内，并使限位塞6与测试试样紧密贴合。
D．采用拉拔位移控制方式，以0.005mm/s的加载速率对锚杆2施加拉拔力9，实时记录拉拔力与拉拔位移，直至第一锚固界面完全破裂失效。
E．分析试验数据，绘制试验曲线；图5是本实施例得到的拉拔力与拉拔位移关系曲线，由图5可知，拉拔力施加初期拉拔位移增长速率小而拉拔力增长速率大，当拉拔力增加至2.85KN时，拉拔力与拉拔位移近似呈线性关系增长；当拉拔位移增至7.83mm时，拉拔力达到最大值14.80KN，之后锚固界面破裂失效，拉拔力迅速降低，并呈现稳定下降趋势；根据公式τ1=Fmax/（π·d·L）计算锚固界面粘结强度，其中τ1为第一锚固界面粘结强度，Fmax为拉拔力最大值，π为圆周率，d为锚杆直径，L为锚杆钻孔长度；将Fmax=14.80KN，π=3.14，d=10mm，L=25cm带入公式计算可得第一锚固界面粘结强度τ1=1.89MPa。
实施例2
A．浇筑尺寸为20 cm×20 cm×25cm的长方体锚固试样1，锚固试样1所用材料及其配比为水：水泥：石英砂=0.4：1：1；待锚固试样1养护14天后，在其中心轴线钻出直径为30mm、长度250mm的锚杆钻孔；制作直径为10mm、总长度为60cm的锚杆2，锚杆2内延长段8的长度为10cm；将锚杆2放置于锚杆钻孔中心，向锚杆钻孔内灌注锚固剂3，锚固剂3所用材料及其配比为水：水泥=0.5:1；至此制作成由锚固试样1、锚杆2和锚固剂3组成的测试试样。
B．待锚固剂3凝固后，将测试试样放置于试样室4内，锚杆2穿过限位孔5，如图2所示，试样室4内部尺寸为20 cm×20 cm×45cm，限位孔5直径为33mm。
C．测试第二锚固界面粘结强度时，测试方案如图4所示，将外径为29mm、内径为10mm的承拉盘7安装在锚杆2的内延长段8上，并使承拉盘7与锚固剂3紧密贴合。
D．采用拉拔位移控制方式，以0.005mm/s的加载速率对锚杆2施加拉拔力9，实时记录拉拔力与拉拔位移，直至第二锚固界面完全破裂失效。
E．分析试验数据，绘制试验曲线；图6是本实施例得到的拉拔力与拉拔位移关系曲线，由图6可知，拉拔力施加初期拉拔力与拉拔位移近似呈线性关系增长；当拉拔位移增至6.41mm时，拉拔力达到最大值13.92KN，之后锚固界面破裂失效，拉拔力呈现稳定下降趋势，与图5中曲线对比可知，第二锚固界面破裂后拉拔力降低速率显著减小；根据公式τ2=Fmax/（π·D·L）计算锚固界面粘结强度，其中τ2为第二锚固界面粘结强度，Fmax为拉拔力最大值，π为圆周率，D为锚杆钻孔直径，L为锚杆钻孔长度；将Fmax=13.92KN，π=3.14，D=30mm，L=25cm带入公式计算可得第二锚固界面粘结强度τ2=0.59MPa。

Claims (9)

1.测试锚固系统锚固界面粘结强度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
A．制作锚固试样（1），在锚固试样（1）中心轴线上钻出锚杆钻孔，将锚杆（2）放置于锚杆钻孔内，向锚杆钻孔内灌注锚固剂（3），制作成测试试样；
B．待锚固剂（3）凝固后，将测试试样放置于限位装置内，所述限位装置为试样室（4），限位孔（5）设置在试样室（4）的一个端面上，锚杆（2）穿过限位装置上的限位孔（5）；
C．测试第一锚固界面粘结强度时，将限位塞（6）拧进限位孔（5）内，并使限位塞（6）与测试试样紧密贴合；测试第二锚固界面粘结强度时，将承拉盘（7）安装在锚杆（2）的内延长段（8）上，并使承拉盘（7）与锚固剂（3）紧密贴合；
D．对锚杆（2）施加拉拔力（9），并实时记录拉拔力与拉拔位移；
E．分析试验数据，根据公式计算锚固界面粘结强度，绘制试验曲线。
2.测试锚固系统锚固界面粘结强度的装置，其特征在于：包括锚固试样（1），锚固试样（1）的中心轴线上设置有锚杆钻孔，锚杆钻孔内设置有锚杆（2），锚固试样（1）与锚杆（2）之间设有锚固剂（3），在锚固试样（1）的一个端面上设置有限位装置，限位装置上设置有限位孔（5），限位孔（5）内连接有限位塞（6），锚杆（2）穿过限位塞（6）的内孔，在锚杆（2）的内延长段（8）上设置有承拉盘（7），在限位塞（6）对应的锚杆（2）端部设置能够施加拉拔力的装置。
3.根据权利要求2所述的测试锚固系统锚固界面粘结强度的装置，其特征在于：所述限位装置为试样室（4），锚固试样（1）设置在试样室（4）内，限位孔（5）设置在试样室（4）的一个端面上。
4.根据权利要求3所述的测试锚固系统锚固界面粘结强度的装置，其特征在于：试样室（4）为箱体结构。
5.根据权利要求2所述的测试锚固系统锚固界面粘结强度的装置，其特征在于：所述限位孔（5）内设置有内螺纹，限位塞（6）上设置有与限位孔（5）的内螺纹配合的外螺纹。
6.根据权利要求2所述的测试锚固系统锚固界面粘结强度的装置，其特征在于：所述限位塞（6）呈中空圆柱状。
7.根据权利要求2所述的测试锚固系统锚固界面粘结强度的装置，其特征在于：所述承拉盘（7）呈中空圆柱状，承拉盘（7）通过螺纹与锚杆（2）的内延长段（8）连接。
8.根据权利要求2所述的测试锚固系统锚固界面粘结强度的装置，其特征在于：所述限位塞（6）的外径比锚杆钻孔直径大2～4mm。
9.根据权利要求2所述的测试锚固系统锚固界面粘结强度的装置，其特征在于：所述承拉盘（7）的外径比锚杆钻孔直径小0.5～1mm。
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