CN108051294A - 一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法 - Google Patents
一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108051294A CN108051294A CN201711079426.0A CN201711079426A CN108051294A CN 108051294 A CN108051294 A CN 108051294A CN 201711079426 A CN201711079426 A CN 201711079426A CN 108051294 A CN108051294 A CN 108051294A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ground stress
- pressure
- rock
- test block
- stress
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004067 bulking agent Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000011160 research Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 54
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 48
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 29
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 25
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 18
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims description 14
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 13
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 10
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 9
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims description 6
- 230000010410 reperfusion Effects 0.000 claims description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 claims description 4
- 238000011165 process development Methods 0.000 claims description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000004443 Ricinus communis Nutrition 0.000 claims 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims 1
- 230000005074 turgor pressure Effects 0.000 claims 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 101150054854 POU1F1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
Abstract
本发明公开了一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，模拟高地应力及浸水条件下测量不同膨胀剂含量水泥浆压应力及其所提供最大抗拔力的方法，使用高地应力模拟装置对岩石周围施加不同大小压应力模拟不同地应力，可以更为真实研究在高地应力及地下水作用下不同膨胀剂含量的锚固系统随时间变化规律和锚杆轴力变化关系，并得到抗拔力随膨胀剂含量的变化规律，并通过观察岩体是否被破坏情况，确定在岩体不被破坏条件下最佳锚固效果的膨胀剂含量，同时验证锚固体在高地应力及浸水条件下的长期稳定性；为实际工程中边坡支护防护提供参考及研究应用价值。
Description
技术领域
本发明提供一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，属于岩土工程实验装置领域，适用于研究高地应力及地下水作用下不同膨胀剂含量的锚固系统随时间变化规律及抗拔力随膨胀剂含量的变化规律，验证锚固体在高地应力及浸水条件下的稳定性。
背景技术
膨胀剂加在水泥中，当水泥凝结时，随之体积膨胀，起补偿收缩和张拉钢筋产生预应力以及充分填充水泥间隙的作用，为改善工程中混凝土的一些相关性能。其可广泛应用于与防水有关的地下、水工、海工、地铁、隧道等钢筋混凝土结构工程，在使用过程中提高对钢筋的握裹力，以及混凝土的密实性、抗渗性、耐磨性等。而如今膨胀水泥浆在支护工程中逐渐开始应用，可以将膨胀水泥浆用作锚杆锚固体，利用其侧向膨胀性能提高锚杆抗拔力，同时还可以满足工程实际中的需要及节约原材料，该应用在岩体锚固技术方面有着显著的经济效益；但是在目前工程应用中，对于实际情况即高地应力及浸水条件下不同含量膨胀剂水泥浆对锚杆产生的压应力稳定性及拉拔破坏过程演化规律，是工程设计、施工人员需要重点考虑的问题，也是膨胀水泥浆在工程中应用所遇到的障碍，尚无一种有效的测量实施方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，可以解决不能测量工程现场真实环境下膨胀剂水泥浆压应力的问题以及观测膨胀剂水泥浆应压力对于岩石块的破坏演化规律，更加贴合实际情况测量膨胀剂水泥浆压应力，提供更加准确的技术参数，大大有利于实地施工，有利于广泛推广膨胀剂水泥浆的应用。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，它包括以下步骤：
Step1：根据岩体试验要求，拌制混泥土或取岩石试块；
Step2：浇筑预定尺寸混凝土立方体试块，中心预留孔；或取岩石切割制成岩石试块，并在中心钻孔；
Step3：取锚杆挖槽，槽深度和宽度与应变片大小一致，沿竖向方向等间距安置应变片；并在制作好的试块两相互垂直侧面上以“四角点和一中间点”的方式布置压力传感器，监测试块受到的正应力大小，即高地应力；同时在试块中心孔壁上沿深度方向等间距布置多组压力传感器，在同一深度截面上布置多个压力传感器，相邻两压力传感器间角度为120°，以监测锚固体与孔壁间的界面正应力；
Step4：组装高地应力模拟装置，而后将试块放置于高地应力模拟装置内；
Step5：将高地应力模拟装置连同试块放置于钢筋混凝土砌筑的水池式基坑中，在水池式基坑两相邻侧壁与高地应力模拟装置之间安装千斤顶，并通过千斤顶施加不同大小的力后旋紧钢板的固定螺母，同时向其中注水，以模拟浸水及高地应力等环境条件；
Step6：根据实验需求配制不同膨胀剂含量水泥浆待用；
Step7：将锚杆居中放入岩石试块的孔内，先向孔中灌注m高度的素水泥浆进行垫底封口，再灌注n高度的不同含量膨胀水泥浆，最后再灌注m高度的素水泥浆进行封口，而后立即将压力传感器与压力采集系统连接；
Step8：采集压力数据，对同一深度层布置的压力传感器所测得的3个压力值F1，F2和F3，求出压力平均值F=(F1+F2+F3)/3，再根据压应力计算公式，σ=F/A，计算出膨胀压应力，绘制在高地应力及浸水条件下不同含量膨胀剂水泥浆压应力及锚杆应变随时间变化的图像；
式中：σ为界面正应力；F为压力平均值；A为压力传感器端有效接触面积；
Step9：数据测量记录完成后对锚杆上部使用千斤顶逐步施加不同等级拉力，同时在拉拔过程中，将应变片与应变采集系统连接，记录数据，绘制在高地应力及浸水条件下拉拔过程中应变随不同含量膨胀剂水泥浆提供拉拔大小的关系图；最终结合步骤8中得到的关系图，可以测量在某种特定高地应力及浸水条件下，不同含量膨胀剂水泥浆能提供的最大抗拔力、长期稳定性及锚杆轴力变化关系。
优选的方案，所述Step1中，根据实际工程中边坡支护需要，既可选用岩体作为研究对象，也可选用混凝土浇注和其它高强度的类岩石材料。
优选的方案，所述Step2中，切割岩石成岩石试块或由混凝土浇筑成岩石试块，所述试块均采用相同大小的立方体结构，在各个试块的中心钻取孔。
优选的方案，所述Step3中，锚杆采用玻璃纤维锚杆或钢筋等杆状物件作为锚杆，在其底端沿轴向加工有槽，在槽内等间距布置应变片；在试块距顶部孔口的50mm、150mm、250mm深度处的孔壁等距离布置5组压力传感器组，每组压力传感器由布置于同一深度截面上的三个压力传感器组成，在同一平面内，截面上的三个压力传感器相互夹角为120°；在试块两相互垂直侧面上以“四角点和一中间点”的方式各布置5个压力传感器。
优选的方案，所述Step4中，高地应力模拟装置包括底板，所述底板底部四角各安装一个可拆卸脚轮，顶部其中一角焊接固定立柱，另三角各布置有可滑动的立柱；两两相邻立柱之间由三根钢杆连接，钢杆内侧与四块钢板相邻，其中固定立柱与两块钢板通过焊接固定于底板上，且两块钢板远离固定立柱端均设置有两个滑动轨槽，所述滑动轨槽与两根钢杆构成滑动配合；另两块钢板与底板接触处镶有滚轮，其中一块钢板一端设置有一个滑动轨槽，另一块钢板不设置滑动轨槽，它垂直两平行钢板间放置；通过向两相邻钢板施加力从而传递给岩石试样以模拟地应力。
优选的方案，所述步骤5中，水池式基坑由钢筋混凝土砌筑而成；在高地应力模拟装置贴有压力传感器两侧与水池式基坑两坑壁之间设置扁平千斤顶，施加0MPa~50 MPa的力后立即旋紧钢板的固定螺母以保证荷载的稳定性与持续性，同时向其中注水，以模拟浸水及高地应力条件。
优选的方案，所述步骤6中，按照实验需求配制膨胀剂含量分别为15%，25%和35%的膨胀水泥浆。
优选的方案，所述步骤7中，将锚杆居中放入试块的孔后，先向每个孔内灌注25mm高度普通水泥浆进行垫底，而后在孔中分别灌注250mm高度的不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆并且将其振捣密实，最后向每个孔内灌注25mm高度普通水泥浆进行封口，而后立即将压力传感器与压力采集系统连接。
优选的方案，所述步骤8中，灌注膨胀水泥浆后的前24小时内，每隔2小时采集一次压力数据，24小时到48小时内，每隔6小时采集一次压力数据，采集48h内的数据后一个月，每隔一个星期采集一次应变及压力数据；之后每隔半个月采集一次压力，连续采集一年；根据采集的数据，绘制在高地应力及浸水条件下不同膨胀剂含量水泥浆压应力随时间变化的曲线，找到膨胀压应力的稳定值；通过比较不同膨胀剂含量水泥浆的最大抗拔力大小选择锚固效果最佳的膨胀剂含量。
优选的方案，所述步骤9中，锚杆上部千斤顶从0KN开始施加连续拉力直至将锚杆拔出，此时的拉力即为在该高地应力条件下该含量膨胀剂能够提供的最大抗拔力；同时在拉拔过程中，将应变片与应变采集系统连接，测量应变数据，根据布置在锚杆不同深度处应变片，收集锚杆应变数据，绘制在高地应力及浸水条件下拉拔过程中应变随不同含量膨胀剂水泥浆提供拉拔大小的关系图，分析锚杆轴力分布规律，可定向研究高地应力及浸水条件下测量不同膨胀剂含量水泥浆压应力及锚固体拉拔破坏过程演变规律；最终结合步骤8中得到的关系图，可以测量在某种特定高地应力及浸水条件下，不同含量膨胀剂水泥浆能提供的最大抗拔力、长期稳定性及锚杆轴力变化关系。
本发明有如下有益效果：
1、通过本发明的装置及方法可以更为真实研究在高地应力及地下水作用下不同膨胀剂含量的锚固系统随时间变化规律和锚杆轴力变化关系，并得到抗拔力随膨胀剂含量的变化规律；当千斤顶施加不同压力时，可模拟在不同地应力，并通过观察灌注不同的膨胀剂的岩体在不同地应力条件下是否被破坏情况，根据破坏时对应的膨胀剂含量确定在实际工程环境中岩体不被破坏条件下最佳锚固效果的膨胀剂含量，同时验证锚固体在高地应力及浸水条件下的长期稳定性；为实际工程中边坡支护防护提供参考及研究应用价值。
2、结合应变采集系统和压力采集系统，获得在模拟地应力及浸水条件下界面正应力、锚杆轴力变化规律。
3、高地应力装置可施加的地应力范围广，主要受限于池坑强度，在池坑强度许可下，范围在0Mpa至100MPa内，即可真实反映各种各样的工程现场。
4、可模拟具有高地应力及地下水条件下的真实工程环境条件，研究并验证在该真实工程环境条件下不同膨胀剂含量锚固体的长期稳定性。
5、该装置设计自制成本低，操作简单；且所用加载装置为扁平千斤顶，底座钢板下四角装有四个可拆卸脚轮，便于携带；采用螺母螺杆连接，在千斤顶加载至一定压力后拧紧螺帽的方式，对施加在岩体上的围压力保持恒定，对岩体可提供持续性压力，有效解决了千斤顶在承重后本身自动卸荷、提供力不稳定等问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1试验整体俯视图。
图2试验侧面图。
图3为本发明高地应力模拟装置图。
图4岩石试块侧面布置图。
图5为图1中1-1剖面图。
图中：1水池式基坑，2液压千斤顶，3高地应力装置，4试块，5孔，6锚杆，7锚固体，8压力传感器，9应变片，10锚具，11水。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，它包括以下步骤：
Step1：根据岩体试验要求，拌制混泥土或取岩石试块；
Step2：浇筑预定尺寸混凝土立方体试块4，中心预留孔；或取岩石切割制成岩石试块4，并在中心钻孔；
Step3：取锚杆6挖槽，槽深度和宽度与应变片9大小一致，沿竖向方向等间距安置应变片9；并在制作好的试块4两相互垂直侧面上以“四角点和一中间点”的方式布置5个压力传感器8，监测试块受到的正应力大小，即高地应力；同时在试块中心孔壁上沿深度方向等间距布置5组压力传感器8，在同一深度截面上布置3个压力传感器，相邻两压力传感器间角度为120°，以监测锚固体与孔壁间的界面正应力；
Step4：组装高地应力模拟装置3，而后将试块4放置于高地应力模拟装置3内；
Step5：将高地应力模拟装置3连同试块放置于钢筋混凝土砌筑的水池式基坑1中，在水池式基坑1两相邻侧壁与高地应力模拟装置3之间安装千斤顶2，并通过千斤顶2施加10KN大小的力后旋紧钢板的固定螺母，同时向其中注水，以模拟浸水及高地应力等环境条件；
Step6：根据实验需求配制三组不同膨胀剂含量水泥浆待用，第1组，水泥850g，膨胀剂150g；第2组，水泥750g，膨胀剂250g；第3组，水泥650g，膨胀剂350g；将三组材料加水适量，配制成膨胀剂含量分别为15%、25%、35%的膨胀水泥浆；
Step7：将玻璃纤维锚杆居中放入岩石试块4的孔5内，先向孔中灌注25mm高度的素水泥浆进行垫底封口，再灌注250mm高度的不同含量膨胀水泥浆，最后灌注25mm高度的素水泥浆进行封口，而后立即将压力传感器8与压力采集系统连接；
Step8：采集压力数据，对同一深度层布置的压力传感器8所测得的3个压力值F1，F2和F3，求出压力平均值F=(F1+F2+F3)/3，再根据压应力计算公式，σ=F/A，计算出膨胀压应力，绘制在高地应力及浸水条件下不同含量膨胀剂水泥浆压应力及锚杆应变随时间变化的图像；通过比较不同膨胀剂含量水泥浆的最大抗拔力大小选择锚固效果最佳的膨胀剂含量；
式中：σ为界面正应力；F为压力平均值；A为压力传感器端有效接触面积；
Step9：对锚杆上部使用千斤顶从0KN开始施加连续拉力直至拔出，此时的拉力即为在该高地应力条件下该含量膨胀剂能够提供的最大抗拔力；同时在拉拔过程中，将应变片与应变采集系统连接，测量应变数据，根据布置在锚杆不同深度处应变片，收集锚杆应变数据，绘制在高地应力及浸水条件下拉拔过程中应变随不同含量膨胀剂水泥浆提供拉拔大小的关系图，分析锚杆轴力分布规律，可定向研究高地应力及浸水条件下测量不同膨胀剂含量水泥浆压应力及锚固体拉拔破坏过程演变规律；最终结合步骤8中得到的关系图，可以测量在某种特定高地应力及浸水条件下，不同含量膨胀剂水泥浆能提供的最大抗拔力、长期稳定性及锚杆轴力变化关系。
实施例2：
一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，该方法包括以下步骤：
Step 1：根据岩体实际情况，拌制混泥土或取岩石材料；
Step 2：切割岩石成岩石试块或由混凝土浇筑成岩石试块，在本试验中制作3个完全相同的300mm*300mm*300mm立方体岩石样块，在各个岩石样块中心钻取1个直径为40mm，深度为300mm的圆柱体；
Step 3：取锚杆挖槽，实验所用锚杆直径为20mm，长度为600mm的玻璃纤维锚杆或其它材料作为锚杆，插入深度为300mm，在底部沿轴向铣槽，槽长度为250mm，宽5mm，深度为2mm，在槽里等间距布置应变片；在试块距顶部孔口的50mm、150mm、250mm深度处的孔壁等距离布置5组压力传感器组，每组压力传感器由布置于同一深度截面上的三个压力传感器组成，在同一平面内，截面上的三个压力传感器相互夹角为120°；在岩石试块两相互垂直侧面上以“四角点和一中间点”的方式各布置5个压力传感器；
Step 4：组装高地应力模拟装置，而后将试块放置于高地应力模拟装置内；
Step 5：将高地应力模拟装置连同试块放置于钢筋混凝土砌筑的水池式基坑中，在基坑两相邻坑壁与高地应力装置之间安置千斤顶并分别施加5KN、10KN、15KN的力后旋紧钢板的固定螺母，同时向其中注水，以模拟浸水及高地应力条件；
Step 6：根据实验需求配制三组不同膨胀剂含量水泥浆待用，第1组，水泥900g,膨胀剂100g;第2组，水泥800g，膨胀剂200g；第3组，水泥700g，膨胀剂300g，将三组材料加水适量，配制成膨胀剂含量分别为10%、20%、30%的膨胀水泥浆；
Step 7：将玻璃纤维锚杆居中放入岩石试块孔内，先向孔中灌注25mm高度的素水泥浆进行垫底封口，再灌注250mm高度的不同含量膨胀水泥浆，最后灌注25mm高度的素水泥浆进行封口，而后立即将压力传感器与应变采集系统和压力采集系统连接；
Step 8：采集压力数据，对同一深度层布置的压力传感器所测得的3个压力值F1，F2，F3，求出压力平均值F=(F1+F2+F3)/3，再根据压应力计算公式，σ=F/A，计算出膨胀压应力，绘制在高地应力及浸水条件下不同含量膨胀剂水泥浆压应力及锚杆应变随时间变化的图像；通过比较不同膨胀剂含量水泥浆的最大抗拔力大小选择锚固效果最佳的膨胀剂含量；
步骤9：对锚杆上部使用千斤顶从0KN开始施加连续拉力直至拔出，此时的拉力即为在该高地应力条件下该含量膨胀剂能够提供的最大抗拔力；同时在拉拔过程中，将应变片与应变采集系统连接，测量应变数据，根据布置在锚杆不同深度处应变片，收集锚杆应变数据，绘制在高地应力及浸水条件下拉拔过程中应变随不同含量膨胀剂水泥浆提供拉拔大小的关系图，分析锚杆轴力分布规律，可定向研究高地应力及浸水条件下测量不同膨胀剂含量水泥浆压应力及锚固体拉拔破坏过程演变规律；最终结合步骤8中得到的关系图，可以测量在某种特定高地应力及浸水条件下，不同含量膨胀剂水泥浆能提供的最大抗拔力、长期稳定性及锚杆轴力变化关系。
通过上述的说明内容，本领域技术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都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (10)
1.一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，其特征在于，它包括以下步骤：
Step1：根据岩体试验要求，拌制混泥土或取岩石试块；
Step2：浇筑预定尺寸混凝土立方体试块（4），中心预留孔；或取岩石切割制成岩石试块（4），并在中心钻孔；
Step3：取锚杆（6）挖槽，槽深度和宽度与应变片（9）大小一致，沿竖向方向等间距安置应变片（9）；并在制作好的试块（4）两相互垂直侧面上以“四角点和一中间点”的方式布置压力传感器（8），监测试块受到的正应力大小，即高地应力；同时在试块中心孔壁上沿深度方向等间距布置多组压力传感器（8），在同一深度截面上布置多个压力传感器，相邻两压力传感器间角度为120°，以监测锚固体与孔壁间的界面正应力；
Step4：组装高地应力模拟装置（3），而后将试块（4）放置于高地应力模拟装置（3）内；
Step5：将高地应力模拟装置（3）连同试块放置于钢筋混凝土砌筑的水池式基坑（1）中，在水池式基坑（1）两相邻侧壁与高地应力模拟装置（3）之间安装千斤顶（2），并通过千斤顶（2）施加不同大小的力后旋紧钢板的固定螺母，同时向其中注水，以模拟浸水及高地应力等环境条件；
Step6：根据实验需求配制不同膨胀剂含量水泥浆待用；
Step7：将锚杆（6）居中放入岩石试块（4）的孔（5）内，先向孔（5）中灌注m高度的素水泥浆进行垫底封口，再灌注n高度的不同含量膨胀水泥浆，最后再灌注m高度的素水泥浆进行封口，而后立即将压力传感器（8）与压力采集系统连接；
Step8：采集压力数据，对同一深度层布置的压力传感器（8）所测得的3个压力值F1，F2和F3，求出压力平均值F=(F1+F2+F3)/3，再根据压应力计算公式，σ=F/A，计算出膨胀压应力，绘制在高地应力及浸水条件下不同含量膨胀剂水泥浆压应力及锚杆应变随时间变化的图像；
式中：σ为界面正应力；F为压力平均值；A为压力传感器端有效接触面积；
Step9：数据测量记录完成后对锚杆上部使用千斤顶逐步施加不同等级拉力，同时在拉拔过程中，将应变片与应变采集系统连接，记录数据，绘制在高地应力及浸水条件下拉拔过程中应变随不同含量膨胀剂水泥浆提供拉拔大小的关系图；最终结合步骤8中得到的关系图，可以测量在某种特定高地应力及浸水条件下，不同含量膨胀剂水泥浆能提供的最大抗拔力、长期稳定性及锚杆轴力变化关系。
2.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，其特征在于：Step1中，根据实际工程中边坡支护需要，既可选用岩体作为研究对象，也可选用混凝土浇注和其它高强度的类岩石材料。
3.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，其特征在于：Step2中，切割岩石成岩石试块或由混凝土浇筑成岩石试块，所述试块（4）均采用相同大小的立方体结构，在各个试块（4）的中心钻取孔（5）。
4.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，其特征在于：Step3中，锚杆（6）采用玻璃纤维锚杆或钢筋等杆状物件作为锚杆，在其底端沿轴向加工有槽，在槽内等间距布置应变片；在试块（4）距顶部孔口的50mm、150mm、250mm深度处的孔壁等距离布置5组压力传感器组，每组压力传感器由布置于同一深度截面上的三个压力传感器组成，在同一平面内，截面上的三个压力传感器相互夹角为120°；在试块（4）两相互垂直侧面上以“四角点和一中间点”的方式各布置5个压力传感器。
5.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，其特征在于：Step4中，高地应力模拟装置（3）包括底板，所述底板底部四角各安装一个可拆卸脚轮，顶部其中一角焊接固定立柱，另三角各布置有可滑动的立柱；两两相邻立柱之间由三根钢杆连接，钢杆内侧与四块钢板相邻，其中固定立柱与两块钢板通过焊接固定于底板上，且两块钢板远离固定立柱端均设置有两个滑动轨槽，所述滑动轨槽与两根钢杆构成滑动配合；另两块钢板与底板接触处镶有滚轮，其中一块钢板一端设置有一个滑动轨槽，另一块钢板不设置滑动轨槽，它垂直两平行钢板间放置；通过向两相邻钢板施加力从而传递给岩石试样以模拟地应力。
6.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，其特征在于：步骤5中，水池式基坑（1）由钢筋混凝土砌筑而成；在高地应力模拟装置贴有压力传感器两侧与水池式基坑（1）两坑壁之间设置扁平千斤顶，分别施加0MPa~50MPa的力后立即旋紧钢板的固定螺母以保证荷载的稳定性与持续性，同时向其中注水，以模拟浸水及高地应力条件。
7.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，其特征在于：步骤6中，按照实验需求配制膨胀剂含量分别为15%，25%和35%的膨胀水泥浆。
8.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，其特征在于：步骤7中，将锚杆（6）居中放入试块（4）的孔后，先向每个孔内灌注25mm高度普通水泥浆进行垫底，而后在孔中分别灌注250mm高度的不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆并且将其振捣密实，最后向每个孔内灌注25mm高度普通水泥浆进行封口，而后立即将压力传感器（8）与压力采集系统连接。
9.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，其特征在于：步骤8中，灌注膨胀水泥浆后的前24小时内，每隔2小时采集一次压力数据，24小时到48小时内，每隔6小时采集一次压力数据，采集48h内的数据后一个月，每隔一个星期采集一次应变及压力数据；之后每隔半个月采集一次压力，连续采集一年；根据采集的数据，绘制在高地应力及浸水条件下不同膨胀剂含量水泥浆压应力随时间变化的曲线，找到膨胀压应力的稳定值；通过比较不同膨胀剂含量水泥浆的最大抗拔力大小选择锚固效果最佳的膨胀剂含量。
10.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法，其特征在于：步骤9中，锚杆上部千斤顶从0KN开始施加连续拉力直至将锚杆拔松动，此时的拉力即为在该高地应力条件下该含量膨胀剂能够提供的最大抗拔力；同时在拉拔过程中，将应变片与应变采集系统连接，测量应变数据，根据布置在锚杆不同深度处应变片，收集锚杆应变数据，绘制在高地应力及浸水条件下拉拔过程中应变随不同含量膨胀剂水泥浆提供拉拔大小的关系图，分析锚杆轴力分布规律，可定向研究高地应力及浸水条件下测量不同膨胀剂含量水泥浆压应力及锚固体拉拔破坏过程演变规律；最终结合步骤8中得到的关系图，可以测量在某种特定高地应力及浸水条件下，不同含量膨胀剂水泥浆能提供的最大抗拔力、长期稳定性及锚杆轴力变化关系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711079426.0A CN108051294B (zh) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | 一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711079426.0A CN108051294B (zh) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | 一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108051294A true CN108051294A (zh) | 2018-05-18 |
| CN108051294B CN108051294B (zh) | 2020-04-24 |
Family
ID=62119922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711079426.0A Active CN108051294B (zh) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | 一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108051294B (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109163985A (zh) * | 2018-08-15 | 2019-01-08 | 三峡大学 | 一种测试岩样抗剪强度和长期蠕变变形的原位测试装置及方法 |
| CN109211676A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-15 | 三峡大学 | 测量岩土体应力饱和传递规律的装置及模拟方法 |
| CN109269743A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-25 | 河北建筑工程学院 | 一种地震波作用下锚杆动态拉拔试验装置及试验方法 |
| CN109374409A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-02-22 | 三峡大学 | 一种现场快速测量地应力的方法 |
| CN109406284A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-03-01 | 中国矿业大学(北京) | 一种用于力学试验的非均匀应力加载装置 |
| CN109520869A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-26 | 中国地质大学（武汉） | 用于研究爆破振动对砂浆锚杆强度影响机制的装置及方法 |
| CN109655336A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-19 | 三峡大学 | 一种研究复杂条件下岩土蠕变规律的方法 |
| CN110307924A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-10-08 | 三峡大学 | 一种测定围岩应力场主应力的装置及方法 |
| CN111337644A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-06-26 | 三峡大学 | 隧洞分步式开挖模拟装置及使用方法 |
| CN111735724A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-02 | 三峡大学 | 一种检测原位岩土体蠕变受力的装置及方法 |
| CN112985989A (zh) * | 2021-02-19 | 2021-06-18 | 三峡大学 | 自膨胀锚固系统荷载平台效应的验证装置及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5739420A (en) * | 1996-09-18 | 1998-04-14 | Peterson; Roger | Ground water infiltration detection system |
| CN105401947A (zh) * | 2015-10-26 | 2016-03-16 | 中铁二十局集团有限公司 | 高地应力软弱围岩隧道大变形控制施工方法 |
| CN105445095A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-03-30 | 中国人民解放军理工大学 | 一种用于模拟深部岩体受力状态的承载架 |
| CN105510120A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-20 | 中国人民解放军理工大学 | 一种模拟深部岩体受力状态的加载装置 |
| CN107142933A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-09-08 | 三峡大学 | 一种土层锚固中大幅提高抗拔力的装置及方法 |
| CN107462492A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-12-12 | 三峡大学 | 用于ct扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法 |
-
2017
- 2017-11-06 CN CN201711079426.0A patent/CN108051294B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5739420A (en) * | 1996-09-18 | 1998-04-14 | Peterson; Roger | Ground water infiltration detection system |
| CN105401947A (zh) * | 2015-10-26 | 2016-03-16 | 中铁二十局集团有限公司 | 高地应力软弱围岩隧道大变形控制施工方法 |
| CN105445095A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-03-30 | 中国人民解放军理工大学 | 一种用于模拟深部岩体受力状态的承载架 |
| CN105510120A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-20 | 中国人民解放军理工大学 | 一种模拟深部岩体受力状态的加载装置 |
| CN107142933A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-09-08 | 三峡大学 | 一种土层锚固中大幅提高抗拔力的装置及方法 |
| CN107462492A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-12-12 | 三峡大学 | 用于ct扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘业科: "基于地下深部工程岩体特性的RMR系统修正", 《中南大学学报（自然科学版）》 * |
| 匡星: "某深埋高地应力隧道施工安全风险评估及控制技术研究", 《路基工程》 * |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109163985A (zh) * | 2018-08-15 | 2019-01-08 | 三峡大学 | 一种测试岩样抗剪强度和长期蠕变变形的原位测试装置及方法 |
| CN109163985B (zh) * | 2018-08-15 | 2020-09-08 | 三峡大学 | 一种测试岩样抗剪强度和长期蠕变变形的原位测试装置及方法 |
| CN109269743A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-25 | 河北建筑工程学院 | 一种地震波作用下锚杆动态拉拔试验装置及试验方法 |
| CN109269743B (zh) * | 2018-08-21 | 2020-07-31 | 河北建筑工程学院 | 一种地震波作用下锚杆动态拉拔试验装置及试验方法 |
| CN109211676A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-15 | 三峡大学 | 测量岩土体应力饱和传递规律的装置及模拟方法 |
| CN109374409A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-02-22 | 三峡大学 | 一种现场快速测量地应力的方法 |
| CN109374409B (zh) * | 2018-10-16 | 2020-10-02 | 三峡大学 | 一种现场快速测量地应力的方法 |
| CN109655336A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-19 | 三峡大学 | 一种研究复杂条件下岩土蠕变规律的方法 |
| CN109655336B (zh) * | 2018-12-10 | 2021-07-23 | 三峡大学 | 一种研究复杂条件下岩土蠕变规律的方法 |
| CN109520869A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-03-26 | 中国地质大学（武汉） | 用于研究爆破振动对砂浆锚杆强度影响机制的装置及方法 |
| CN109406284A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-03-01 | 中国矿业大学(北京) | 一种用于力学试验的非均匀应力加载装置 |
| CN110307924A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-10-08 | 三峡大学 | 一种测定围岩应力场主应力的装置及方法 |
| CN110307924B (zh) * | 2019-06-21 | 2021-02-02 | 三峡大学 | 一种测定围岩应力场主应力的装置及方法 |
| CN111337644A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-06-26 | 三峡大学 | 隧洞分步式开挖模拟装置及使用方法 |
| CN111735724A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-02 | 三峡大学 | 一种检测原位岩土体蠕变受力的装置及方法 |
| CN111735724B (zh) * | 2020-06-23 | 2023-03-10 | 三峡大学 | 一种检测原位岩土体蠕变受力的装置及方法 |
| CN112985989A (zh) * | 2021-02-19 | 2021-06-18 | 三峡大学 | 自膨胀锚固系统荷载平台效应的验证装置及方法 |
| CN112985989B (zh) * | 2021-02-19 | 2022-08-30 | 三峡大学 | 自膨胀锚固系统荷载平台效应的验证装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108051294B (zh) | 2020-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108051294A (zh) | 一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的装置及方法 | |
| Tao et al. | Shaking table test on seismic response characteristics of prefabricated subway station structure | |
| CN103645061B (zh) | 一种格构锚固技术大型物理模型试验方法 | |
| Zhang et al. | Large-scale geo-mechanical model tests for the stability assessment of deep underground complex under true-triaxial stress | |
| Rotte et al. | Influence of nail inclination and facing material type on soil-nailed slopes | |
| CN104614242A (zh) | 复杂条件下岩土体硐室开挖与围岩应力、应变监测模型试验装置及其方法 | |
| CN107727424A (zh) | 一种顺层岩质边坡稳定性的地质力学模型实验装置及方法 | |
| Su | Laboratory pull-out testing study on soil nails in compacted completely decomposed granite fill | |
| CN111380760A (zh) | 一种隧道爆破开挖模型试验系统及方法 | |
| Miśkiewicz et al. | Monitoring system of the road embankment | |
| CN114419982B (zh) | 软岩地层留煤柱采空区巷道变形破坏的模型试验系统及方法 | |
| Fan et al. | Stability of the loess tunnel foundation reinforced by jet grouting piles and the influence of reinforcement parameters | |
| CN115930897A (zh) | 一种高填方地基沉降监测装置及方法 | |
| Zhou et al. | Shaking table model test of loess tunnel structure under rainfall | |
| Rawat et al. | Testing and Modelling of Soil Nailed Slopes | |
| Liu et al. | Reinforcement mechanism analysis of lattice beam and prestressed anchor rod system for loess slope | |
| CN109811771B (zh) | 使锚杆钢腰梁张拉时不发生弯曲的简易方法 | |
| CN204556387U (zh) | 复杂条件下岩土体硐室开挖与围岩应力、应变监测模型试验装置 | |
| Pierson et al. | Capacities and deflections of laterally loaded shafts behind mechanically stabilized earth wall | |
| CN208917889U (zh) | 一种模拟复合岩层中嵌岩桩承载特性的试验装置 | |
| CN207396068U (zh) | 一种顺层岩质边坡稳定性的地质力学模型实验装置 | |
| CN206056910U (zh) | 一种地下人防工程抗核爆模拟实验系统 | |
| Gumilang et al. | Seismic performance of earthquake resistant simple residential confined masonry house structure based on permen PUPR No. 5 of 2016 specification | |
| CN109138008A (zh) | 模拟复合岩层中嵌岩桩承载特性的试验系统 | |
| Abu-Farsakh et al. | Development of a substructure instrumentation system at the new I-10 Twin Span Bridge and its use to investigate the lateral behavior of batter piles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20180518 Assignee: Hubei Hongzhuo Architectural Design Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980043461 Denomination of invention: A device and method for simulating rock mass anchoring under high ground stress and groundwater conditions Granted publication date: 20200424 License type: Exclusive License Record date: 20231019 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Hubei Hongzhuo Architectural Design Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980043461 Date of cancellation: 20240402 |