CN106018271A - 测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法及装置 - Google Patents

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种照辉
李学华
王腾
张博
陈�田
鞠明和
梁顺
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Abstract

一种测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法及装置，适用于水作用下树脂围岩界面粘结力损伤的测试研究。采用精密仪器控制水量、水压模拟动态水流，通过水管流向钢管内，锚固完成后，利用无缝钢管模拟锚杆(索)钻孔，以混凝土为相似材料模拟钻孔围岩，通过水压表和水量控制阀控制水流状态，采用卧式拉拔试验机加载，测得不同水量、水压作用下树脂锚固界面粘结力损伤规律。总结得出水作用下树脂锚固界面粘结力变化规律。有助于研究钻孔淋(涌)水对树脂锚杆锚固性能的影响，并且对深入探索水作用下树脂锚固界面力学性质损伤机理研究起着重要的基础作用。

Description

测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法及装置
技术领域
本发明涉及一种试验装置及方法，尤其是一种测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法及装置。
背景技术
目前，以树脂锚杆(索)为主体的支护技术已经成为我国隧(巷)道围岩控制的主要发展方向。但是由于巷道围岩地质条件复杂多变，比如钻孔过程产生的裂隙贯通围岩含水层时，水将沿着各种结构面或支护钻孔运移、下渗，在该过程中，水会引起锚固界面力学性质弱化，从而导致锚杆支护效果大大降低，使得水对树脂锚杆锚固性能弱化程度的研究成为当前一大热点。如今国内学者进行了相关一系列理论和试验研究，总结出水对隧(巷)道围岩树脂锚固承载能力的影响主要体现在两个方面：一是锚杆钻孔动态水流过程中，水可减慢树脂固化剂反应速度，易造成锚固剂被冲失，导致实际锚固长度减小，锚杆与岩体的黏结强度降低，引起锚固松弛、失效；二是水与树脂锚固承载体相互作用时，其物理化学作用具有显著的时间相关性，物理作用表现为岩石力学参数会折减，其强度被弱化，塑性特性显著，与树脂锚固剂之间形成软弱胶结面，削减岩石与树脂锚固剂界面黏结强度；化学作用表现为因锚杆、托盘锈蚀而力学性能降低，直接影响锚杆使用寿命。目前，国内外学者从钻孔淋水量、裂隙水压力等方面研究了锚杆(索)对锚固力的影响及锚杆腐蚀机制，但对于水作用下树脂锚固界面力学性质弱化作用机理研究尚不明确。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供了一种测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法，为水作用下树脂围岩界面粘结力损伤测试以及钻孔淋(涌)水作用下普通树脂锚固剂和防水型树脂锚固剂锚固效果差异性研究提供一种新的思路。
技术方案：本发明的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验装置，包括锚杆锚固平台、控制锚杆锚固平台的锚杆锚固钻机操作平台，锚杆锚固平台的一侧设有与水源相连的自吸式水泵，自吸式水泵上设有压力表和水量调节控制阀，所述自吸式水泵的出口经水管连有一内螺纹套管，所述的内螺纹套管经固定架设在锚杆锚固平台上，内螺纹套管上螺纹连有无缝钢管，无缝钢管一端外部加工有外螺纹，无缝钢管内设有锚杆并充填有混凝土。
所述的内螺纹套管左端部开有9个均匀分布的透水孔，每个直径3mm。
所述的内螺纹套管的长度为32mm，外径为63mm。
所述无缝钢管的长度为200～400mm，外径为60mm，内径为48mm。
所述无缝钢管一端外部加工的外螺纹长度为30mm。
使用上述装置的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法，包括如下步骤：
a.在自吸式水泵出水口连接可实时监测水压的压力表，量程为0～1MP；将无缝钢管连接在内螺纹钢管一端，内螺纹钢管另—端与进水管路相连，确保连接紧密；
b.打开自吸式水泵，通过水量控制阀调节水流量大小，水流通过内螺纹套管左端部均匀分布的小孔注入无缝钢管，并保持水流速度不变；
c.在无缝钢管内放入矿用树脂锚固剂，利用锚杆锚固装置将锚杆旋进无缝钢管内进行锚固，锚固时连续搅拌不停顿，尽量保持锚杆杆体位于钢管轴线居中的位置，待锚固剂固化3min具有一定初凝聚力后，卸下内装锚杆的无缝钢管锚固体，放置1小时；
d.利用LW1000型卧式拉力试验机对锚固在无缝钢管内的锚杆进行破坏拉拔试验，拉拔试验过程中，通过电脑输出的拉拔力与位移关系曲线图，记录该锚杆的最大拉拔力，完成测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验。
所述的无缝钢管采用内壁光滑的无缝钢管，试验之前，提前在无缝钢管内壁上均匀涂抹一层模拟围岩的混凝土。
所述无缝钢管内壁上均匀涂抹的一层模拟围岩的混凝土为相似围岩的混凝土材料。
所述矿用树脂锚固剂的环形厚度为3～4mm，混凝土内径与锚杆直径之差在6～8mm。
有益效果：本发明适用于水作用下树脂围岩界面粘结力损伤的测试研究，通过在锚杆(索)锚固过程中，采用精密仪器控制水量、水压模拟动态水流，通过水管流向钢管内，锚固完成后，利用卧式锚杆拉拔机加载，测得不同水量、水压作用下树脂锚固界面粘结力损伤规律。该模拟试验方法对研究水作用下树脂锚杆锚固性影响具有重要的理论指导意义。有助于研究水对树脂锚杆锚固性能和不同树脂锚固剂类型锚固效果的影响，并且为水作用下树脂锚固界面力学性质弱化机理研究提供技术帮助。通过调节水压及流量的大小来模拟隧(巷)道锚杆(索)锚固过程中钻孔水流状态，利用锚杆钻机平台安装锚杆(索)，这种实验方法方便快捷，操作更贴近现场作业，为提高相关的实验效率提供一种新的技术手段。并为探讨锚杆(索)钻孔不同水压、水量作用下锚杆(索)树脂锚固粘结力损伤规律和进一步分析顶板淋(涌)水下锚杆(索)支护系统性能退化失效机理提供一种新的实验思路。
附图说明
图1为本发明的锚杆/索锚固过程钻孔水流及水压控制装置示意图；
图2(a)为本发明的无缝钢管右视图；
图2(b)为本发明的无缝钢管正视图；
图3为本发明的内螺纹套管立体图；
图4(a)为内螺纹套管左视图；
图4(b)为内螺纹套管正视图。
图中：1—锚杆；2—无缝钢管；3—内螺纹套管；4—水管；5—水压表；6—自吸式水泵；
7—水量控制阀；8—混凝土；9—水源；10—锚杆锚固平台；11—锚杆锚固钻机操作平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述：
本发明的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验装置，主要由锚杆1、无缝钢管2、内螺纹套管3、水管4、水压表5、自吸式水泵6、水量控制阀7、混凝土8、水源9、锚杆锚固平台10和锚杆锚固钻机操作平台11构成。所述锚杆锚固钻机操作平台11设在锚杆锚固平台10的一侧，锚杆锚固平台10的另一侧设有与水源9相连的自吸式水泵6，自吸式水泵6上设有压力表5和水量调节控制阀7，所述自吸式水泵6的出口经水管4连有一内螺纹套管3，内螺纹套管3左端部开有9个均匀分布的透水孔，每个直径3mm。所述的内螺纹套管3经固定架设在锚杆锚固平台10上，内螺纹套管3上螺纹连有无缝钢管2，无缝钢管采用内壁光滑的无缝钢管，钢管内壁上均匀涂抹有一层模拟围岩的混凝土。无缝钢管2一端外部加工有外螺纹，外螺纹长度为30mm，内螺纹套管3的长度为32mm，外径为63mm。无缝钢管2内设有锚杆1并充填有混凝土8。所述无缝钢管2的长度为200～400mm，外径为60mm，内径为48mm。
本发明的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法，具体步骤如下：
a.在自吸式水泵6出水口连接可实时监测水压的压力表5，量程为0～1MP；将无缝钢管2连接在内螺纹钢管3一端，内螺纹钢管3另—端与进水管路4相连，确保连接紧密；所述的无缝钢管2采用内壁光滑的无缝钢管，试验之前，提前在无缝钢管内壁上均匀涂抹一层模拟围岩的混凝土8；所述无缝钢管2内壁上均匀涂抹的一层模拟围岩的混凝土8为相似围岩的混凝土材料；
b.打开自吸式水泵6，通过水量控制阀7调节水流量大小，并保持水流速度不变；水流通过内螺纹套管3左端部均匀分布的小孔注入无缝钢管内；
c.在无缝钢管2内放入矿用树脂锚固剂，所述矿用树脂锚固剂的环形厚度为3～4mm，混凝土8的内径与锚杆的直径之差在6～8mm；打开锚杆锚固安装装置旋钮，带动锚杆进行锚固，利用锚杆锚固装置将锚杆1旋进无缝钢管2内进行锚固，锚固时连续搅拌不停顿，根据锚杆1反映情况决定推进速度，并尽量保持锚杆杆体位于钢管轴线居中的位置，待锚固剂固化3min具有一定初凝聚力后，卸下内装锚杆的无缝钢管锚固体，放置1小时后进行下一步操作；
d.利用LW1000型卧式拉力试验机对锚固在无缝钢管2内的锚杆进行破坏拉拔试验，拉拔试验过程中，通过电脑输出的拉拔力与位移关系曲线图，记录该锚杆的最大拉拔力，完成测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验。

Claims (9)

1.一种测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验装置，其特征在于：它包括锚杆锚固平台(10)、控制锚杆锚固平台(10)的锚杆锚固钻机操作平台(11)，锚杆锚固平台(10)的一侧设有与水源(9)相连的自吸式水泵(6)，自吸式水泵(6)上设有压力表(5)和水量调节控制阀(7)，所述自吸式水泵(6)的出口经水管(4)连有一内螺纹套管(3)，所述的内螺纹套管(3)经固定架设在锚杆锚固平台(10)上，内螺纹套管(3)上螺纹连有无缝钢管(2)，无缝钢管(2)一端外部加工有外螺纹，无缝钢管(2)内设有锚杆(1)并充填有混凝土(8)。
2.根据权利要求1所述的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验装置，其特征在于：所述的内螺纹套管(3)左端部开有9个均匀分布的透水孔，每个直径3mm。
3.根据权利要求1或2所述的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验装置，其特征在于：所述的内螺纹套管(3)的长度为32mm，外径为63mm。
4.根据权利要求1所述的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验装置，其特征在于：所述无缝钢管(2)的长度为200～400mm，外径为60mm，内径为48mm。
5.根据权利要求1或2所述的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验装置，其特征在于：所述无缝钢管(2)一端外部加工的外螺纹长度为30mm。
6.一种使用权利要求1所述装置的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在自吸式水泵(6)出水口连接可实时监测水压的压力表(5)，量程为0～1MP；将无缝钢管(2)连接在内螺纹钢管(3)一端，内螺纹钢管(3)另—端与进水管路(4)相连，确保连接紧密；
b.打开自吸式水泵(6)，通过水量控制阀(7)调节水流量大小，水流通过内螺纹套管(3)左端部均匀分布的小孔注入无缝钢管，并保持水流速度不变；
c.在无缝钢管(2)内放入矿用树脂锚固剂，利用锚杆锚固装置将锚杆(1)旋进无缝钢管(2)内进行锚固，锚固时连续搅拌不停顿，尽量保持锚杆杆体位于钢管轴线居中的位置，待锚固剂固化3min具有一定初凝聚力后，卸下内装锚杆的无缝钢管锚固体，放置1小时；
d.利用LW1000型卧式拉力试验机对锚固在无缝钢管(2)内的锚杆进行破坏拉拔试验，拉拔试验过程中，通过电脑输出的拉拔力与位移关系曲线图，记录该锚杆的最大拉拔力，完成测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验。
7.根据权利要求5所述的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法，其特征在于：所述的无缝钢管(2)采用内壁光滑的无缝钢管，试验之前，提前在无缝钢管内壁上均匀涂抹一层模拟围岩的混凝土(8)。
8.根据权利要求6所述的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法，其特征在于：所述无缝钢管(2)内壁上均匀涂抹的一层模拟围岩的混凝土(8)为相似围岩的混凝土材料。
9.根据权利要求5所述的测试水作用下树脂锚固界面粘结力损伤的试验方法，其特征在于：所述矿用树脂锚固剂的环形厚度为3～4mm，即混凝土(8)内径与锚杆直径之差在6～8mm。
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