CN106840515A - 测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置及方法，本试验装置包括试验平台，试验平台上表面开设有两个相互垂直的支座轨道，每个支座轨道中均设置有滚动支座，滚动支座的上部中心设置有转动轴，转动轴的顶部设置有夹持装置，两个滚动支座之间夹持有锚杆，锚杆中间安装有锚杆应力计、两个应变计和两个千斤顶，锚杆应力计和应变计通过数据线与数据采集器连接。本方法包括如下步骤：（1）安装试验装置；（2）安装锚杆；（3）固定滚动支座；（4）安装数据采集器；（5）对锚杆进行试验；（6）数据处理。本发明的原理比较简单，且模拟锚杆受力的状态真实。

Description

测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置及方法，具体涉及一种用于测试锚杆在不同安装角度，不同荷载作用下锚杆应力计的性能测试，并研究锚杆在这些工况作用下荷载与锚杆应力计测出的应力与锚杆应变之间的关系。

背景技术

目前的情况下，锚杆应力计只能测量锚杆所受到的沿锚杆轴向的拉力或者压力，矫正锚杆应力计的读数也是按照轴向的拉力和压力来进行试验的。但是在剪力或者弯矩作用下的锚杆应力计工况中，锚杆应力计的变化规律也需进一步进行研究，因为锚杆打入岩体之后其所受到的应力情况复杂，不只受到轴向的拉力或压力，还受到岩体的重力作用；若锚杆埋入断层里，由于断层之间的错动变形，还有可能受到剪力作用，在这些工况作用下，锚杆可能会出现弯曲变形，这样就有可能使锚杆应力计测量出来的数值有偏差，因为锚杆应力计测得的是轴向的力，若应力计受剪或受弯作用，锚杆应力计的数值变化就会有不同的变化。

此外，锚杆在安装时，与岩体会形成不同的角度，不同的安装角度对锚杆应力计的应力也有一定的影响；有些文献还指出，差阻式锚杆应力计安装时的不同引出电缆的方向对锚杆应力计的测值也有一定的影响。研究这些变化规律对研究锚杆应力计的工作状态的全面认识以及锚杆安装方面有重要的指导意义。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置及方法，其具体技术方案如下：

测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置，包括试验平台，所述试验平台上表面开设有两个相互垂直的支座轨道，两个所述支座轨道依次靠近试验平台的一组相邻边的边缘，每个所述支座轨道中均设置有滚动支座，所述滚动支座能够在所述支座轨道中滚动变化位置，所述滚动支座的上部中心设置有转动轴，所述转动轴的下端设置有与滚动支座固定的转动轴承，所述转动轴的顶部设置有夹持装置，两个所述滚动支座之间通过对应的夹持装置夹持一根锚杆，所述锚杆中间安装有锚杆应力计、两个应变计和两个千斤顶，两个千斤顶分别位于锚杆应力计的两侧，两个应变计分别位于锚杆应力计的两侧，所述锚杆应力计和应变计通过数据线与数据采集器连接。

所述转动轴的一组相对边设置有两个穿过滚动支座的大号固定螺丝，所述大号固定螺丝相对压紧转动轴的一组相对边，将其固定。

所述夹持装置的中间设置有预留给锚杆穿过的通道，所述通道两侧均至少设置有两个小号固定螺丝，所述小号固定螺丝相对压紧在锚杆的水平相对边，将其固定。

所述大号固定螺丝和小号固定螺丝的螺杆末端均打磨成朝向螺杆半圆形凹陷的半圆槽，所述转动轴或者锚杆贴紧固定在对应的半圆槽中。

所述滚动支座的底部设置有置于支座轨道中的滚动轮，所述滚动支座的侧部设置有支座滚轮，每个支座滚轮配有两个滚轮挡片。

两个所述支座轨道的边缘均设置有轨道刻度线。

测试在不同工况下的锚杆应力计的试验方法，包括如下步骤：

（1）安装试验装置：取两个滚动支座分别放置在两个支座轨道中，转动滚动支座上部的夹持装置，使两个滚动支座的夹持装置中间预留的通道位于同一条直线上，调整好之后，拧紧大号固定螺丝，完成转动轴及夹持装置固定；

（2）安装锚杆：按照试验需要，沿支座轨道移动两个滚动支座，根据轨道刻度线，准确移动滚动支座，将锚杆的两端分别放于滚动支座的夹持装置的预留的通道中，然后拧紧夹持装置的小号固定螺丝，完成上部锚杆的固定；

（3）固定滚动支座：每个支座滚轮下面均放置两个滚轮挡片，滚轮挡片挡住支座滚轮不动，滚动支座被固定住；

（4）安装数据采集器：在锚杆的中架安装锚杆应力计，在锚杆应力计两侧的锚杆上均设置应变计和千斤顶，所述锚杆应力计和应变计均通过数据线连接到数据采集器，

（5）对锚杆进行试验：

（a）对在滚动支座处的锚杆施加拉/压力，记录锚杆应力计和应变计的数值变化情况以及拉/压力的变化趋势；

（b）在第（a）种实施方式的基础上，不施加拉/压力，在锚杆应力计的中间位置只施加垂直于锚杆并平行于水平台的水平作用力，这种水平作用力是模拟重力作用，进行分级加载，观测在模拟重力作用下，锚杆应力计和应变计的变化情况；

（c）在（a）、（b）两种实施方式的基础上，固定锚杆位于水平位置,与试验平台平行，同时施加拉力与模拟重力，预先设定一个拉力，然后再在中间部位分级施加模拟重力；或者预先施加固定的模拟重力，然后再分级施加压力作用；

（d）变换不同角度进行加载：实施时，移动两个滚动支座，使锚杆与实验平台形成不同的夹角，以此来模拟安装锚杆时所形成的的不同角度，具体实施方式如下：

移动滚动支座，根据轨道刻度线，调整两个滚动支座的位置，实现不同的安装角度，调整好位置之后，固定滚动支座与锚杆，单独施加模拟重力或者单独在支座两端施加拉/压力或者重力和拉/压力任意组合，观测锚杆应力计和应变计的变化情况；

（e）在锚杆应力计位置利用千斤顶装置同时施加两个相对方向的压应力，两个千斤顶施加压应力时其位置要错开，不在同一直线上，但是两个压应力应保持平行，此时可模拟剪切试验；

（f）在锚杆应力计位置同时施加两个相对方向的压应力，压应力保持在同一条直线上，对锚杆应力计实施挤压作用，此时，可模拟重力作用下岩土体对锚杆应力计的挤压作用；

（g）在支座两端施加拉应力，记录锚杆应力计和应变计的变化规律；

（h）为研究引出电缆的不同位置的变化对锚杆应力计测值变化的影响，根据锚杆应力计的引出电缆的位置作为初始标记点，每次旋转45°，对锚杆施加所述实施方式的（a）—（h）的应力实施方式，观测并记录数据，研究不同的埋设角度对锚杆应力计的影响。

（6）数据处理：试验工作完成后进行数据处理，将数据采集器采集到的锚杆应力计和应变计的读数换算成监测物理量，得出载荷、应力、安装角度等因变量之间的关系。

本发明的有益效果是：

1.通过两个滚动支座的不同变换，可以模拟锚杆安装时的不同安装角度，通过这种调整可以比较真实的模拟现场锚杆安装的不同角度，从而便于施加荷载，所受到的荷载情况更加能符合实际情况。

2.在滚动支座处，设定了夹持装置，可将锚杆固定成不同的埋设角度，以此来模拟不同引出电缆位置的不同对锚杆应力计测值的影响。

3.由于使用了两个千斤顶，可以对锚杆应力计施加挤压或者剪切应力，这样就可以比较真实地模拟锚杆应力计在岩体中所受到的挤压或剪切应力的作用，通过该装置可以观测其在挤压或剪应力作用下的应力计数值的变化情况。

4.将应变计直接安置在锚杆上，其响应系数比较好，便于信号的采集与处理。

5.本发明模拟锚杆同时在重力作用，拉（压）力作用，以及剪切应力作用下的应力变化情况，更能对锚杆应力计的应力変化规律有更全面的演示与掌握，便于发现锚杆应力计的变化规律，对研究边坡支护的安全运行有着重要的指导意义。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，

图2是滚动支座的结构示意图，

图3是锚杆应力计、应变计及千斤顶布置示意图，

图4是大号固定螺丝结构示意图，

图5是滚轮挡片结构示意图，

附图标记列表：1—试验平台，2—支座轨道，3—锚杆，4—锚杆应力计，5—应变计，6—千斤顶，7—夹持装置，8—数据采集器，9—滚动支座，10—大号固定螺丝，11—支座滚轮，12—小号固定螺丝，13—转动轴，14—转动轴承，15—轨道刻度线，16—滚轮挡片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明的结构示意图，图2是滚动支座的结构示意图，结合附图可见，本测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置，包括试验平台1，所述试验平台1上表面开设有两个相互垂直的支座轨道2，两个所述支座轨道2的边缘均设置有轨道刻度线15。两个所述支座轨道2依次靠近试验平台1的一组相邻边的边缘，每个所述支座轨道2中均设置有滚动支座9，所述滚动支座9能够在所述支座轨道2中滚动变化位置，所述滚动支座9的上部中心设置有转动轴13，所述转动轴13的下端设置有与滚动支座9固定的转动轴承14，所述转动轴13的顶部设置有夹持装置7，两个所述滚动支座9之间通过对应的夹持装置7夹持一根锚杆3，图3是锚杆应力计4、应变计5及千斤顶6布置示意图，结合附图可见，所述锚杆3中间安装有锚杆应力计4、两个应变计5和两个千斤顶6，两个千斤顶6分别位于锚杆应力计4的两侧，两个应变计5分别位于锚杆应力计4的两侧，所述锚杆应力计4和应变计5通过数据线与数据采集器8连接。两个滚动支座9分别在对应支座轨道2中移动，能够模拟不同的锚杆3角度。轨道刻度线15方便定位滚动支座9的位置。锚杆3变化角度后，转动轴13会相应发生角度变化，以适应夹持装置7两点定位夹持住锚杆3。

所述转动轴13的一组相对边设置有两个穿过滚动支座9的大号固定螺丝10，所述大号固定螺丝10相对压紧转动轴13的一组相对边，将其固定。锚杆3定位后，通过大号固定螺丝10将转动轴13夹紧固定，转动轴13不会发生转动。

所述夹持装置7的中间设置有预留给锚杆3穿过的通道，所述通道两侧均至少设置有两个小号固定螺丝12，所述小号固定螺丝12相对压紧在锚杆3的水平相对边，将其固定。锚杆3置于通道中，小号固定螺丝12从锚杆3两侧将锚杆3夹紧固定。

图4是大号固定螺丝10结构示意图，结合附图可见，所述大号固定螺丝10和小号固定螺丝12的螺杆末端均打磨成朝向螺杆半圆形凹陷的半圆槽，所述转动轴13或者锚杆3贴紧固定在对应的半圆槽中。半圆槽增大大号固定螺丝10与转动轴13夹紧时的抱紧面积，以及小号固定螺丝12与锚杆3夹紧是的抱紧面积，提高固定的稳定性。

所述滚动支座9的底部设置有置于支座轨道2中的滚动轮，所述滚动支座9的侧部设置有支座滚轮11，每个支座滚轮11配有两个滚轮挡片16，图5是滚轮挡片16结构示意图，结合附图可见，滚轮挡片16能够阻挡主支座滚轮11，避免滚动支座9移动位置。

测试在不同工况下的锚杆应力计的试验方法，包括如下步骤：

（1）安装试验装置：取两个滚动支座分别放置在两个支座轨道中，转动滚动支座上部的夹持装置，使两个滚动支座的夹持装置中间预留的通道位于同一条直线上，调整好之后，拧紧大号固定螺丝，完成转动轴及夹持装置固定；

（2）安装锚杆：按照试验需要，沿支座轨道移动两个滚动支座，根据轨道刻度线，准确移动滚动支座，将锚杆的两端分别放于滚动支座的夹持装置的预留的通道中，然后拧紧夹持装置的小号固定螺丝，完成上部锚杆的固定；

（3）固定滚动支座：每个支座滚轮下面均放置两个滚轮挡片，滚轮挡片挡住支座滚轮不动，滚动支座被固定住；

（4）安装数据采集器：在锚杆的中架安装锚杆应力计，在锚杆应力计两侧的锚杆上均设置应变计和千斤顶，所述锚杆应力计和应变计均通过数据线连接到数据采集器，

（5）对锚杆进行试验：

（a）对在滚动支座处的锚杆施加拉/压力，记录锚杆应力计和应变计的数值变化情况以及拉/压力的变化趋势；

（b）在第（a）种实施方式的基础上，不施加拉/压力，在锚杆应力计的中间位置只施加垂直于锚杆并平行于水平台的水平作用力，这种水平作用力是模拟重力作用，进行分级加载，观测在模拟重力作用下，锚杆应力计和应变计的变化情况；

（c）在（a）、（b）两种实施方式的基础上，固定锚杆位于水平位置,与试验平台平行，同时施加拉力与模拟重力，预先设定一个拉力，然后再在中间部位分级施加模拟重力；或者预先施加固定的模拟重力，然后再分级施加压力作用；

（d）变换不同角度进行加载：实施时，移动两个滚动支座，使锚杆与实验平台形成不同的夹角，以此来模拟安装锚杆时所形成的的不同角度，具体实施方式如下：

移动滚动支座，根据轨道刻度线，调整两个滚动支座的位置，实现不同的安装角度，调整好位置之后，固定滚动支座与锚杆，单独施加模拟重力或者单独在支座两端施加拉/压力或者重力和拉/压力任意组合，观测锚杆应力计和应变计的变化情况；

（e）在锚杆应力计位置利用千斤顶装置同时施加两个相对方向的压应力，两个千斤顶施加压应力时其位置要错开，不在同一直线上，但是两个压应力应保持平行，此时可模拟剪切试验；

（f）在锚杆应力计位置同时施加两个相对方向的压应力，压应力保持在同一条直线上，对锚杆应力计实施挤压作用，此时，可模拟重力作用下岩土体对锚杆应力计的挤压作用；

（g）在支座两端施加拉应力，记录锚杆应力计和应变计的变化规律；

（h）为研究引出电缆的不同位置的变化对锚杆应力计测值变化的影响，根据锚杆应力计的引出电缆的位置作为初始标记点，每次旋转45°，对锚杆施加所述实施方式的（a）—（h）的应力实施方式，观测并记录数据，研究不同的埋设角度对锚杆应力计的影响。

（6）数据处理：试验工作完成后进行数据处理，将数据采集器采集到的锚杆应力计和应变计的读数换算成监测物理量，得出载荷、应力、安装角度等因变量之间的关系。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置，其特征是包括试验平台，所述试验平台上表面开设有两个相互垂直的支座轨道，两个所述支座轨道依次靠近试验平台的一组相邻边的边缘，每个所述支座轨道中均设置有滚动支座，所述滚动支座能够在所述支座轨道中滚动变化位置，所述滚动支座的上部中心设置有转动轴，所述转动轴的下端设置有与滚动支座固定的转动轴承，所述转动轴的顶部设置有夹持装置，两个所述滚动支座之间通过对应的夹持装置夹持一根锚杆，所述锚杆中间安装有锚杆应力计、两个应变计和两个千斤顶，两个千斤顶分别位于锚杆应力计的两侧，两个应变计分别位于锚杆应力计的两侧，所述锚杆应力计和应变计通过数据线与数据采集器连接。

2.根据权利要求1所述的测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置，其特征是所述转动轴的一组相对边设置有两个穿过滚动支座的大号固定螺丝，所述大号固定螺丝相对压紧转动轴的一组相对边，将其固定。

3.根据权利要求2所述的测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置，其特征是所述夹持装置的中间设置有预留给锚杆穿过的通道，所述通道两侧均至少设置有两个小号固定螺丝，所述小号固定螺丝相对压紧在锚杆的水平相对边，将其固定。

4.根据权利要求3所述的测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置，其特征是所述大号固定螺丝和小号固定螺丝的螺杆末端均打磨成朝向螺杆半圆形凹陷的半圆槽，所述转动轴或者锚杆贴紧固定在对应的半圆槽中。

5.根据权利要求4所述的测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置，其特征是所述滚动支座的底部设置有置于支座轨道中的滚动轮，所述滚动支座的侧部设置有支座滚轮，每个支座滚轮配有两个滚轮挡片。

6.根据权利要求5所述的测试在不同工况下的锚杆应力计的试验装置，其特征是两个所述支座轨道的边缘均设置有轨道刻度线。

7.测试在不同工况下的锚杆应力计的试验方法，其特征是包括如下步骤：

（1）安装试验装置：取两个滚动支座分别放置在两个支座轨道中，转动滚动支座上部的夹持装置，使两个滚动支座的夹持装置中间预留的通道位于同一条直线上，调整好之后，拧紧大号固定螺丝，完成转动轴及夹持装置固定；

（2）安装锚杆：按照试验需要，沿支座轨道移动两个滚动支座，根据轨道刻度线，准确移动滚动支座，将锚杆的两端分别放于滚动支座的夹持装置的预留的通道中，然后拧紧夹持装置的小号固定螺丝，完成上部锚杆的固定；

（3）固定滚动支座：每个支座滚轮下面均放置两个滚轮挡片，滚轮挡片挡住支座滚轮不动，滚动支座被固定住；

（4）安装数据采集器：在锚杆的中架安装锚杆应力计，在锚杆应力计两侧的锚杆上均设置应变计和千斤顶，所述锚杆应力计和应变计均通过数据线连接到数据采集器；

（5）对锚杆进行试验：

（a）对在滚动支座处的锚杆施加拉/压力，记录锚杆应力计和应变计的数值变化情况以及拉/压力的变化趋势；

（b）在第（a）种实施方式的基础上，不施加拉/压力，在锚杆应力计的中间位置只施加垂直于锚杆并平行于水平台的水平作用力，这种水平作用力是模拟重力作用，进行分级加载，观测在模拟重力作用下，锚杆应力计和应变计的变化情况；

（c）在（a）、（b）两种实施方式的基础上，固定锚杆位于水平位置,与试验平台平行，同时施加拉力与模拟重力，预先设定一个拉力，然后再在中间部位分级施加模拟重力；或者预先施加固定的模拟重力，然后再分级施加压力作用；

（d）变换不同角度进行加载：实施时，移动两个滚动支座，使锚杆与实验平台形成不同的夹角，以此来模拟安装锚杆时所形成的的不同角度，具体实施方式如下：

移动滚动支座，根据轨道刻度线，调整两个滚动支座的位置，实现不同的安装角度，调整好位置之后，固定滚动支座与锚杆，单独施加模拟重力或者单独在支座两端施加拉/压力或者重力和拉/压力任意组合，观测锚杆应力计和应变计的变化情况；

（e）在锚杆应力计位置利用千斤顶装置同时施加两个相对方向的压应力，两个千斤顶施加压应力时其位置要错开，不在同一直线上，但是两个压应力应保持平行，此时可模拟剪切试验；

（f）在锚杆应力计位置同时施加两个相对方向的压应力，压应力保持在同一条直线上，对锚杆应力计实施挤压作用，此时，可模拟重力作用下岩土体对锚杆应力计的挤压作用；

（g）在支座两端施加拉应力，记录锚杆应力计和应变计的变化规律；

（h）为研究引出电缆的不同位置的变化对锚杆应力计测值变化的影响，根据锚杆应力计的引出电缆的位置作为初始标记点，每次旋转45°，对锚杆施加所述实施方式的（a）—（h）的应力实施方式，观测并记录数据，研究不同的埋设角度对锚杆应力计的影响；

（6）数据处理：试验工作完成后进行数据处理，将数据采集器采集到的锚杆应力计和应变计的读数换算成监测物理量，得出载荷、应力、安装角度等因变量之间的关系。