CN108827757B - 一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩石力学领域，特别是指一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统和方法。本发明的试验系统主要包括试样检测装置、试样固定装置、加压装置和液压转换装置，试样检测装置包括电脑、应变仪和锚杆测力计；试样固定装置包括桌台、钢板、锚杆和试样夹具；加压装置包括蠕变仪；液压转换装置包括主动千斤顶、从动千斤顶以及连接主动千斤顶和从动千斤顶的液压管道。本发明充分利用蠕变仪刚度大，误差小的优势，通过液压转换装置弥补蠕变仪加载空间小、加载方向单一的缺陷，同时液压转换装置能在荷载传递过程中，保持较小的能量损耗，稳定性好，能长时间维持一定恒力。

Description

一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统和方法

技术领域

本发明涉及岩石力学领域，特别是指一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统和方法。

背景技术

深部岩石工程不断向纵深发展导致岩石工程所处的环境愈发复杂，具体表现为“高地应力”、“高地温”、“高水压”以及工程施工带来的扰动。锚杆作为一种有效的支护手段，在地下空间围岩支护领域发挥着重要作用，随着时间推移，围岩在“三高一扰动”的环境下，其蠕变效应日益明显。数据表明，大多数地下工程垮塌事故往往是在完工后的使用阶段发生的，锚固体的蠕变效应是诱发因素之一，而每年因蠕变灾害造成的国民经济损失和人员伤亡也在不断增加。因此，研究锚固体的蠕变特性，揭示其蠕变机理是当下迫在眉睫的发展需求。

国内外学者对锚固体力学特性做了大量研究，也取得了喜人的成果，然而在锚固体蠕变领域研究较少，其成果尚不足以支撑当下深部岩石工程的纵深发展。王思敬院士认为：“只有将岩体视为一个不确定的系统，才能在复杂的岩石力学问题的解决、提高理论和数值分析结果的可靠性和实用性方面取得突破。”当前大多数锚固体蠕变试验不满足岩石实际物理状态和赋存环境，国内部分学者率先进行了多场耦合试验，一定程度上还原了实际状况，然而对锚固体多场耦合作用下加速蠕变阶段的本构关系尚不明确，非线性蠕变本构模型仍不完善，对蠕变破坏机理的认识不够深刻，因此，基于地下工程纵深发展的大背景，有必要进一步开展全方位、多层次的蠕变试验来填补理论缺陷，指导工程实践。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统和方法。

本发明的技术方案是：一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统，包括试样检测装置、试样固定装置、加压装置和液压转换装置；试样检测装置包括电脑、应变仪和锚杆测力计，应变仪包含有应变片，电脑、应变仪、锚杆测力计以及应变片通过导线依次连接；所述试样固定装置包括桌台、钢板、锚杆和试样夹具，桌台固定设在地面上，钢板固定设在桌台的台面下方，试样夹具内装有岩石试样，岩石试样内预埋有应变片，钢板中间开设有通孔I，锚杆穿过通孔I插设在岩石试样的中轴线上；所述加压装置包括蠕变仪，蠕变仪包括蠕变仪压头和蠕变仪工作台；液压转换装置包括主动千斤顶、从动千斤顶以及连接主动千斤顶和从动千斤顶的液压管道，主动千斤顶下端固定设在蠕变仪压头正下方的蠕变仪工作台上，从动千斤顶固定设置在桌台上，桌台上设有通孔II，从动千斤顶的拉杆穿过通孔II与锚杆固定连接。

优选的，主动千斤顶包括主动液压缸体和主动液压活塞，主动液压缸体底端固定设在蠕变仪工作台上，主动液压活塞处于蠕变仪压头的正下方。

优选的，从动千斤顶包括从动液压缸、从动液压活塞、拉杆，拉杆上端穿过通孔II和从动液压缸底部并与从动液压活塞底部固定连接。

优选的，拉杆下端与锚杆上端通过含有内螺纹的锚杆固定栓螺纹连接。

一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验方法，包含以下步骤：

步骤一：在岩石试样中心轴线上进行钻孔，将岩石试样沿中心轴线向两边裂开，在岩石试样的径向钻孔内壁上贴应变片，把锚杆放在岩石试样的钻孔内并用锚固剂粘合；

步骤二：将岩石试样和锚杆放入试样夹具内并置于钢板下，在钢板和试样夹具中间放置锚杆测力计，将从动千斤顶置于桌台上，将锚杆通过锚杆固定栓与拉杆相连，调整主动千斤顶的位置，使主动液压活塞处于蠕变仪压头的正下方；

步骤三：通过导线依次连接电脑、应变仪、锚杆测力计以及应变片；检查线路确定正常后，根据锚杆的极限抗拔力，通过蠕变仪、液压转换装置、锚杆进行力的传递，并最终实现对岩石试样进行逐级加载，通过应变片把力转化为电信号传递给应变仪，应变仪得出的数据传输给电脑进行实时计算、显示，根据试验过程确定对岩石试样的合理加载方式与试验终止条件；

步骤四：整理应变仪的测试数据，绘制应变-时间曲线，作为研究锚固体蠕变特征的试验数据材料。

优选的，锚固剂为树脂胶凝材料。

优选的，应变仪为XHX-115系列振弦埋入式应变计，蠕变仪为岩石单轴蠕变试验机，锚杆测力计为MYJ-20锚杆液压测力计。

本发明充分利用蠕变仪刚度大，误差小的优势，通过液压转换装置弥补蠕变仪加载空间小、加载方向单一的缺陷，同时液压转换装置能在荷载传递过程中，保持较小的能量损耗，稳定性好，能长时间维持一定恒力。本发明为广大从事锚固体蠕变及其相关试验研究的科研人员提供了一种简易、稳定、可靠的试验系统及试验方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的外观示意图；

图2为本发明的试样固定装置结构图；

图3为本发明的主动千斤顶的正视图；

图4为本发明的主动千斤顶的俯视图；

图5为本发明的从动千斤顶的正视图；

图6为本发明的从动千斤顶的俯视图；

图7为本发明的锚杆和试样的剖视图；

图8为本发明的锚杆测力计样图。

图中，1电脑，2应变仪，3桌台，4钢板，5蠕变仪，6液压转换装置，7锚杆，8试样夹具，9锚杆测力计，10主动千斤顶，11从动千斤顶，12液压管道，13应变片，14锚固剂，15岩石试样，51蠕变仪压头，52蠕变仪工作台，91压力表，101主动液压缸体，102主动活塞，111从动液压缸体，112从动液压活塞，113拉杆，114锚杆固定栓，115从动液压缸外壁，116从动液压缸内壁，117从动液压缸通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：如图1~8所示的一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统，包括试样检测装置、试样固定装置、加压装置和液压转换装置6；试样检测装置包括电脑1、应变仪2和锚杆测力计9，应变仪2包含有应变片13，电脑1、应变仪2、锚杆测力计9以及应变片13通过导线依次连接；所述试样固定装置包括桌台3、钢板4、锚杆7和试样夹具8，桌台3固定设在地面上，钢板4固定设在桌台3的台面下方，试样夹具8内装有岩石试样15，岩石试样15内预埋有应变片13，钢板4中间开设有通孔I，锚杆7穿过通孔I插设在岩石试样15的中轴线上，锚杆测力计9安装在锚杆7上，锚杆测力计9处于钢板4和试样夹具8之间；所述加压装置包括蠕变仪5，蠕变仪5包括蠕变仪压头51和蠕变仪工作台52；液压转换装置6包括主动千斤顶10、从动千斤顶11以及连接主动千斤顶10和从动千斤顶11的液压管道12，主动千斤顶10下端固定设在蠕变仪压头51正下方的蠕变仪工作台52上，从动千斤顶11固定设置在桌台3上，桌台3上设有通孔II，从动千斤顶11的拉杆穿过通孔II与锚杆7固定连接。

一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验方法，包含以下步骤：

步骤一：在岩石试样15中心轴线上进行钻孔，将岩石试样15沿中心轴线向两边裂开，在岩石试样15的径向钻孔内壁上贴应变片13，把锚杆7放在岩石试样15的钻孔内并用锚固剂14粘合；

步骤二：将岩石试样15和锚杆7放入试样夹具8内并置于钢板4下，在钢板4和试样夹具8中间放置锚杆测力计9，将从动千斤顶11置于桌台3上，将锚杆7通过锚杆固定栓114与拉杆113相连，调整主动千斤顶10的位置，使主动液压活塞102处于蠕变仪压头51的正下方；

步骤三：通过导线依次连接电脑1、应变仪2、锚杆测力计9以及应变片13；检查线路确定正常后，根据锚杆7的极限抗拔力，通过蠕变仪5、液压转换装置、锚杆7进行力的传递，并最终实现对岩石试样15进行逐级加载，通过应变片13把力转化为电信号传递给应变仪2，应变仪2得出的数据传输给电脑1进行实时计算、显示，根据试验过程确定对岩石试样15的合理加载方式与试验终止条件；

步骤四：整理应变仪2的测试数据，绘制应变-时间曲线，作为研究锚固体蠕变特征的试验数据材料。

实施例2：一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统，主动千斤顶10包括主动液压缸体101和主动液压活塞102，主动液压缸体101底端固定设在蠕变仪工作台52上，主动液压活塞102处于蠕变仪压头51的正下方；从动千斤顶11包括从动液压缸111、从动液压活塞112、拉杆113，拉杆113上端穿过通孔II和从动液压缸111底部并与从动液压活塞112底部固定连接；其它结构、试验方法与实施例1相同。

实施例3：：一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统，主动千斤顶10包括主动液压缸体101和主动液压活塞102，主动液压缸体101底端固定设在蠕变仪工作台52上，主动液压活塞102处于蠕变仪压头51的正下方；从动千斤顶11包括从动液压缸111、从动液压活塞112、拉杆113，拉杆113下端与锚杆7上端通过含有内螺纹的锚杆固定栓114螺纹连接；其它结构、试验方法与实施例2相同。

实施例4：一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统，所述锚固剂14为树脂胶凝材料，应变仪2为XHX-115系列振弦埋入式应变计，蠕变仪5为岩石单轴蠕变试验机，锚杆测力计9为MYJ-20锚杆液压测力计，其它结构、试验方法与实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统，其特征在于：包括试样检测装置、试样固定装置、加压装置和液压转换装置（6）；试样检测装置包括电脑（1）、应变仪（2）和锚杆测力计（9），应变仪（2）包含有应变片（13），电脑（1）、应变仪（2）、锚杆测力计（9）以及应变片（13）通过导线依次连接；所述试样固定装置包括桌台（3）、钢板（4）、锚杆（7）和试样夹具（8），桌台（3）固定设在地面上，钢板（4）固定设在桌台（3）的台面下方，试样夹具（8）内装有岩石试样（15），岩石试样（15）内预埋有应变片（13），钢板（4）中间开设有通孔I，锚杆（7）穿过通孔I插设在岩石试样（15）的中轴线上，锚杆测力计（9）安装在锚杆（7）上，锚杆测力计（9）处于钢板（4）和试样夹具（8）之间；所述加压装置包括蠕变仪（5），蠕变仪（5）包括蠕变仪压头（51）和蠕变仪工作台（52）；液压转换装置（6）包括主动千斤顶（10）、从动千斤顶（11）以及连接主动千斤顶（10）和从动千斤顶（11）的液压管道（12），主动千斤顶（10）下端固定设在蠕变仪压头（51）正下方的蠕变仪工作台（52）上，从动千斤顶（11）固定设置在桌台（3）上，桌台（3）上设有通孔II，从动千斤顶（11）的拉杆穿过通孔II与锚杆（7）固定连接；主动千斤顶（10）包括主动液压缸体（101）和主动液压活塞（102），主动液压缸体（101）底端固定设在蠕变仪工作台（52）上，主动液压活塞（102）处于蠕变仪压头（51）的正下方。

2.如权利要求1所述的一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统，其特征在于：从动千斤顶（11）包括从动液压缸（111）、从动液压活塞（112）、拉杆（113），拉杆（113）上端穿过通孔II和从动液压缸（111）底部并与从动液压活塞（112）底部固定连接。

3.如权利要求2所述的一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统，其特征在于：拉杆（113）下端与锚杆（7）上端通过含有内螺纹的锚杆固定栓（114）螺纹连接。

4.如权利要求3所述的一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统的试验方法，其特征在于：包含以下步骤：

步骤一：在岩石试样（15）中心轴线上进行钻孔，将岩石试样（15）沿中心轴线向两边裂开，在岩石试样（15）的径向钻孔内壁上贴应变片（13），把锚杆（7）放在岩石试样（15）的钻孔内并用锚固剂（14）粘合；

步骤二：将岩石试样（15）和锚杆（7）放入试样夹具（8）内并置于钢板（4）下，在钢板（4）和试样夹具（8）中间放置锚杆测力计（9），将从动千斤顶（11）置于桌台（3）上，将锚杆（7）通过锚杆固定栓（114）与拉杆（113）相连，调整主动千斤顶（10）的位置，使主动液压活塞（102）处于蠕变仪压头（51）的正下方；

步骤三：通过导线依次连接电脑（1）、应变仪（2）、锚杆测力计（9）以及应变片（13）；检查线路确定正常后，根据锚杆（7）的极限抗拔力，通过蠕变仪（5）、液压转换装置、锚杆（7）进行力的传递，并最终实现对岩石试样（15）进行逐级加载，通过应变片（13）把力转化为电信号传递给应变仪（2），应变仪（2）得出的数据传输给电脑（1）进行实时计算、显示，根据试验过程确定对岩石试样（15）的合理加载方式与试验终止条件；

步骤四：整理应变仪（2）的测试数据，绘制应变-时间曲线，作为研究锚固体蠕变特征的试验数据材料。

5.如权利要求4所述的一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统的试验方法，其特征在于：锚固剂（14）为树脂胶凝材料。

6.如权利要求4所述的一种基于蠕变仪的液压式锚杆拉拔蠕变试验系统的试验方法，其特征在于：应变仪（2）为XHX-115系列振弦埋入式应变计，蠕变仪（5）为岩石单轴蠕变试验机，锚杆测力计（9）为MYJ-20锚杆液压测力计。

Images