CN109060525A - 拉拔过程受力分析的试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了拉拔过程受力分析的试验方法及装置，涉及锚固系统试验技术领域。本发明提供的拉拔过程受力分析的试验方法包括：将传感器和准备的试样进行安装，其中，所述试样包括岩样、锚杆、托盘及锚固剂；对所述试样施加轴向载荷；记录所述托盘的侧变形和所述托盘的受力。本发明还提供了一种用于实施拉拔过程受力分析的试验方法的拉拔过程受力分析的试验装置。本发明提供的拉拔过程受力分析的试验方法及装置能够对拉拔过程中锚杆和托盘的受力状态进行较为准确的试验分析，反映真实的锚杆和托盘受力，进而便于对锚固系统进行设计。

Description

拉拔过程受力分析的试验方法及装置

技术领域

本发明涉及锚固系统试验技术领域，具体而言，涉及拉拔过程受力分析的试验方法及装置。

背景技术

本部分旨在为权利要求书及具体实施方式中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

锚杆支护是岩土加固领域最常用的措施，锚固系统由围岩、锚杆、锚固剂、托盘、锁紧螺母组成，整个锚固系统性能受各组分当中最弱部分控制，现场发现部分锚杆破坏出现在托盘处，目前涉及托盘受力状态的试验研究较少，缺少相应的研究手段。

现场锚杆受力是由于岩体变形导致的，即围岩变形带动锚杆变形产生阻力，故锚固长度内存在锚固段和拔出段，而已有的室内拉拔试验是拉动锚杆变形，故仅能研究锚固段性能，与实际工程中锚杆受力状态不符，不能有效的反映真实锚杆受力状态，因此也不能测量与实际受力状态相符的托盘受力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拉拔过程受力分析的试验方法，其步骤简单、实施方便，能够对拉拔过程中锚杆和托盘的受力状态进行较为准确的试验分析，反映真实的锚杆和托盘受力，进而便于对锚固系统进行设计。

本发明的另一目的在于提供一种拉拔过程受力分析的试验装置，其能够对拉拔过程中锚杆和托盘的受力状态进行较为准确的试验分析，反映真实的锚杆和托盘受力，进而便于对锚固系统进行设计。

本发明提供一种技术方案：

一种拉拔过程受力分析的试验方法，包括：将传感器和准备的试样进行安装，其中，所述试样包括岩样、锚杆、托盘及锚固剂；对所述试样施加轴向载荷；记录所述托盘的侧变形和所述托盘的受力。

进一步地，准备所述试样的步骤包括：在所述岩样上开设安装孔；通过所述锚固剂将所述锚杆固定地安装于所述安装孔内；将所述托盘安装于所述锚杆上并将所述传感器安装于所述托盘；调节所述锚杆的预紧力。

进一步地，所述锚杆远离所述岩样的一端设置有螺纹段，所述托盘套设于所述锚杆上并通过螺母固定，所述传感器位于所述螺母与所述托盘之间。

进一步地，调节所述锚杆的所述预紧力的步骤包括：通过扭矩扳手转动所述螺母，以调节所述锚杆的所述预紧力。

进一步地，所述岩样的边长与所述安装孔的直径之比大于5。

进一步地，将所述传感器和准备的所述试样进行安装的步骤包括：将所述试样放置于挡板上，并使所述试样与所述挡板的表面贴合；调整所述试样的位置，以使所述试样的中心与加载机构的中心重合。

进一步地，对所述试样施加轴向载荷的步骤包括：预加载步骤；在所述预加载步骤后，按照预设的控制模式对所述试样施加压力。

进一步地，所述挡板的厚度大于10mm，所述挡板的长度比所述试样的长度大至少5mm。

进一步地，所述传感器为直线位移传感器，所述锚固剂为树脂或水泥。

一种拉拔过程受力分析的试验装置，用于实施拉拔过程受力分析的试验方法。拉拔过程受力分析的试验方法，包括：将传感器和准备的试样进行安装，其中，所述试样包括岩样、锚杆、托盘及锚固剂；对所述试样施加轴向载荷；记录所述托盘的侧变形和所述托盘的受力。所述拉拔过程受力分析的试验装置包括挡板、加载机构、第一垫块、第二垫块、传感器、岩样、锚杆、托盘、锚固剂及锁紧螺母；所述第一垫块与所述挡板连接，所述岩样安装于所述挡板上，且所述岩样与所述第一垫块和所述第二垫块贴合，所述加载机构通过所述第二垫板对所述岩样施加压力，所述岩样设置有安装孔，所述锚杆通过所述锚固剂固定地安装于所述安装孔，所述托盘安装于所述锚杆上，所述传感器安装于所述托盘上。

相比现有技术，本发明提供的拉拔过程受力分析的试验方法及装置的有益效果是：试验方法充分考虑了轴向载荷对托盘和锚杆的影响，并对托盘和侧变形和托盘的受力进行实时地记录，以便后续对该数据进行分析。本发明提供的拉拔过程受力分析的试验方法及装置能够对拉拔过程中锚杆和托盘的受力状态进行较为准确的试验分析，反映真实的锚杆和托盘受力，进而便于对锚固系统进行设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。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相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的拉拔过程受力分析的试验装置在第一视角下的结构示意图；

图2为本发明的实施例提供的拉拔过程受力分析的试验方法的流程框图；

图3为本发明的另外的某些实施例提供拉拔过程受力分析的试验方法的结构示意图；

图4为本发明的实施例提供的准备样本步骤的流程框图；

图5为本发明的实施例提供的拉拔过程受力分析的试验装置在第二视角下的结构示意图；

图6为本发明的实施例提供的拉拔过程受力分析的试验装置在第三视角下的结构示意图。

图标：10-拉拔过程受力分析的试验装置；100-试样；110-岩样；120-锚杆；130-托盘；140-锚固剂；200-挡板；150-锁紧螺母；210-第一垫块；220-第二垫块；230-第三垫块；300-加载机构；400-传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

第一实施例

请结合参阅图1至图6，本实施例提供了一种拉拔过程受力分析的试验方法，其步骤简单、实施方便，能够对拉拔过程中锚杆120和托盘130的受力状态进行较为准确的试验分析，以反映真实的锚杆120和托盘130受力，进而便于对锚固系统进行设计。

需要说明，本实施例提供的拉拔过程受力分析的试验方法用于对锚固系统中最容易出现变形的锚杆120和托盘130进行分析试验，以对在锚固系统进行更深入地研究。

本实施例提供的拉拔过程受力分析的试验方法包括：S00：试样100的准备；S10：将传感器400和准备的试样100进行安装，其中，试样100包括岩样110、锚杆120、托盘130及锚固剂140；S20：对试样100施加轴向载荷；S30：记录托盘130的侧变形和托盘130的受力。

以下，分别对上述S00-S30步骤进行说明。

S00：试样100的准备。

试样100包括岩样110、锚杆120、托盘130及锚固剂140，锚杆120、锚固剂140及托盘130类型及尺寸应根据具体研究问题确定，在此不赘述。

准备试样100的步骤可以包括：S01：在岩样110上开设安装孔；S02：通过锚固剂140将锚杆120固定地安装于安装孔内；S03：将托盘130安装于锚杆120上并将传感器400安装于托盘130；S04：调节锚杆120的预紧力。

S01：在岩样110上开设安装孔。

可以理解，安装孔的作用在于安装锚杆120，在岩样110上开设安装孔的方式可以采用钻孔设备实现。岩样110上的安装孔的位置可以在岩样110的中心。

可选地，岩样110的形状为长方体，更进一步地，该长方体的长宽高的比为1:1:2。当然，在本发明的其他实施方式中，岩样110也可以为其他形状，也可以为其他的长宽高比。

需要说明，安装孔的孔径与岩样110的尺寸之间应保持一定的数量关系，以减小安装孔对岩样110测量结果的影响。可选地，岩样110的边长与安装孔的直径之比大于5。

S02：通过锚固剂140将锚杆120固定地安装于安装孔内。

可选地，锚固剂140为树脂或水泥。也就是说，通过树脂或者水泥的方式将锚杆120固定于安装孔内。

S03：将托盘130安装于锚杆120上并将传感器400安装于托盘130。

托盘130安装于锚杆120上的方式可以为螺栓连接或者卡接等可拆卸连接方式，也可以采用焊接等连接为一体的连接方式。

可选地，在本实施例中，锚杆120远离岩样110的一端设置有螺纹段，托盘130套设于锚杆120上并通过螺母固定，传感器400位于螺母与托盘130之间。也就是说，本实施例通过螺母将托盘130和传感器400夹紧固定，以使当岩样110受力后能够将变形传递至托盘130及传感器400。

可选地，传感器400为直线位移传感器400，比如LVDT(Linear VariableDifferential Transformer，线性可变差动变压器)等。

S04：调节锚杆120的预紧力。

可以理解，不同的预紧力能够产生不同的变形，进而对不同受力的锚固系统进行分析。在本实施例中，调节锚杆120的预紧力的步骤包括：通过扭矩扳手转动螺母，以调节锚杆120的预紧力。

S10：将传感器400和准备的试样100进行安装，其中，试样100包括岩样110、锚杆120、托盘130及锚固剂140。

需要说明，上述步骤已经对传感器400的安装方式进行了描述，也就是说，传感器400的安装既可以与试样100同时准备，也可以是将岩样110安装于挡板200上后再进行组装。

在本实施例中，将传感器400和准备的试样100进行安装的步骤包括：S11：将试样100放置于挡板200上，并使试样100与挡板200的表面贴合；S12：调整试样100的位置，以使试样100的中心与加载机构300的中心重合。

可以理解，将试样100与挡板200的表面贴合能够使试样100与加载机构300充分接触，进而避免测量的误差。

需要说明，上述是试样100与挡板200贴合的步骤与使试样100中心与加载机构300中心重合的步骤可以同时进行，也可以根据实际情况对上述步骤进行具体调整。

可选地，挡板200的厚度大于10mm，挡板200的长度比试样100的长度大至少5mm。

S20：对试样100施加轴向载荷。

可选地，在本实施例中，通过加载机构300对岩样110施加轴向载荷。并且对试样100施加轴向载荷的步骤包括：预加载步骤；在预加载步骤后，按照预设的控制模式对试样100施加压力。

可以理解，预加载步骤是为了使岩样110与加载机构300充分地接触，比如通过加载机构300对试样100施加500N的轴向载荷。

同时，也需要说明，预设的控制模式对试样100施加压力的方式是通过控制系统对加载机构300进行控制，比如对加载机构300施加的轴向力的大小进行控制，也可以是对加载结构的轴向位移进行控制，并实时地记录托盘130的受力和侧向变形。

S30：记录托盘130的侧变形和托盘130的受力。

可以理解，托盘130的侧变形和托盘130的受力可以通过传感器400获得，比如上述直线位移传感器400测量托盘130的侧变形，也可以通过压力传感器400测量托盘130的受力。

本实施例提供的拉拔过程受力分析的试验方法的有益效果：试验方法充分考虑了轴向载荷对托盘130和锚杆120的影响，并对托盘130和侧变形和托盘130的受力进行实时地记录，以便后续对该数据进行分析，本实施例提供的拉拔过程受力分析的试验方法能够对拉拔过程中锚杆120和托盘130的受力状态进行较为准确的试验分析，反映真实的锚杆120和托盘130受力，进而便于对锚固系统进行设计。

第二实施例

请结合参阅图1至图6，本实施例提供了一种拉拔过程受力分析的试验装置10，用于实施第一实施例提供的拉拔过程受力分析的试验方法。拉拔过程受力分析的试验方法，包括：将传感器400和准备的试样100进行安装，其中，试样100包括岩样110、锚杆120、托盘130及锚固剂140；对试样100施加轴向载荷；记录托盘130的侧变形和托盘130的受力。拉拔过程受力分析的试验装置10包括挡板200、加载机构300、第一垫块210、第二垫块220、传感器400、岩样110、锚杆120、托盘130、锚固剂140及锁紧螺母150；挡板200为六面体结构在某一侧面开口的设置，第一垫块210与挡板200连接，岩样110安装于挡板200上，且岩样110与第一垫块210和第二垫块220贴合，加载机构300通过第二垫板对岩样110施加压力，岩样110设置有安装孔，锚杆120通过锚固剂140固定地安装于安装孔，托盘130安装于锚杆120上，传感器400安装于托盘130上。

可以理解，通过本实施例提供的拉拔过程受力分析的试验装置10能够实施第一实施例提供的拉拔过程受力分析的试验方法，进而对锚固系统的受力进行试验和分析。

可选地，请参阅图5和图6，挡板200除了第一垫块210和第二垫块220外，在其底部还设置有第三垫块230，并通过锁紧螺母与挡板200的底壁连接。第一垫块210通过锁紧螺母与挡板200的侧壁连接。第一垫块210和第三垫块230的作用是对岩样进行锁定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种拉拔过程受力分析的试验方法，其特征在于，包括：

将传感器和准备的试样进行安装，其中，所述试样包括岩样、锚杆、托盘及锚固剂；

对所述试样施加轴向载荷；

记录所述托盘的侧变形和所述托盘的受力。

2.根据权利要求1所述的拉拔过程受力分析的试验方法，其特征在于，准备所述试样的步骤包括：

在所述岩样上开设安装孔；

通过所述锚固剂将所述锚杆固定地安装于所述安装孔内；

将所述托盘安装于所述锚杆上并将所述传感器安装于所述托盘；

调节所述锚杆的预紧力。

3.根据权利要求2所述的拉拔过程受力分析的试验方法，其特征在于，所述锚杆远离所述岩样的一端设置有螺纹段，所述托盘套设于所述锚杆上并通过螺母固定，所述传感器位于所述螺母与所述托盘之间。

4.根据权利要求3所述的拉拔过程受力分析的试验方法，其特征在于，调节所述锚杆的所述预紧力的步骤包括：

通过扭矩扳手转动所述螺母，以调节所述锚杆的所述预紧力。

5.根据权利要求2所述的拉拔过程受力分析的试验方法，其特征在于，所述岩样的边长与所述安装孔的直径之比大于5。

6.根据权利要求1所述的拉拔过程受力分析的试验方法，其特征在于，将所述传感器和准备的所述试样进行安装的步骤包括：

将所述试样放置于挡板上，并使所述试样与所述挡板的表面贴合；

调整所述试样的位置，以使所述试样的中心与加载机构的中心重合。

7.根据权利要求6所述的拉拔过程受力分析的试验方法，其特征在于，对所述试样施加轴向载荷的步骤包括：

预加载步骤；

在所述预加载步骤后，按照预设的控制模式对所述试样施加压力。

8.根据权利要求6所述的拉拔过程受力分析的试验方法，其特征在于，所述挡板的厚度大于10mm，所述挡板的长度比所述试样的长度大至少5mm。

9.根据权利要求1所述的拉拔过程受力分析的试验方法，其特征在于，所述传感器为直线位移传感器，所述锚固剂为树脂或水泥。

10.一种拉拔过程受力分析的试验装置，用于实施如权利要求1-9中任意一项所述的拉拔过程受力分析的试验方法，其特征在于，所述拉拔过程受力分析的试验装置包括挡板、加载机构、第一垫块、第二垫块、传感器、岩样、锚杆、托盘、锚固剂及锁紧螺母；

所述第一垫块与所述挡板连接，所述岩样安装于所述挡板上，且所述岩样与所述第一垫块和所述第二垫块贴合，所述加载机构通过所述第二垫板对所述岩样施加压力，所述岩样设置有安装孔，所述锚杆通过所述锚固剂固定地安装于所述安装孔，所述托盘安装于所述锚杆上，所述传感器安装于所述托盘上。