CN109827851A - 一种双向伺服加载锚固体稳定性实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双向伺服加载锚固体稳定性实验装置及实验方法，该实验装置包括底座和安装架，安装架为矩形框，由四块固定板连接而成，安装架固定在底座上；安装架内部的中间位置放置锚固体；锚固体的每个侧面外侧均放置有一个承载板，承载板与固定板之间设置有一个液压缸，液压缸固定安装在固定板内侧面的中心位置，液压缸的推杆端通过球形铰链与承载板连接，承载板与锚固体的侧面之间设置有减摩板。本发明创造了一种侧向加压的方法，实现锚固体在不同载荷比例下的双向加载和双向载荷作用下的剪切破坏特征研究。可定量研究锚杆预紧力、不同类型岩体与锚固体强度的关系，建立锚固体破坏前后的应力应变关系，完善锚固体强度测试的实验方法。
Description
技术领域
本发明属于巷道支护技术领域，具体涉及一种双向伺服加载锚固体稳定性实验装置及实验方法。
背景技术
锚固体强度强化理论揭示了破碎围岩条件下锚杆支护作用的机理，成功指导了现场的锚杆支护设计，其实验基础为非预紧力全长锚固的锚固体，结果分析中没有考虑预紧力对锚固体强度的作用。经过十几年的发展，高强度、高刚度、高预紧力的锚杆支护系统已成为深井巷道围岩控制的主要手段，预紧力对锚固体强度的作用不容忽视。
相似模拟实验方法在20世纪30年代由前苏联库兹涅佐夫提出的，发展至今，已经成为矿山压力研究的主要方法之一。现有文献（韦四江，勾攀峰.锚杆预紧力对锚固体强度强化的模拟实验研究[J]. 煤炭学报,2012,37(12):1987-1993.）中公开了一种锚固分离体及实验装置，采用相似模拟的方法，分析了不同预紧力作用下锚固体的强度特征、变形特征及加载过程中锚固体强度与预紧力的关系，建立了预紧力与锚固体强度的关系式。该实验装置只能用压力机在竖直方向对锚固体上下两面进行加载的实验，无法实现锚固体在不同载荷比例下的双向加载和双向载荷作用下的剪切破坏特征研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种双向伺服加载锚固体稳定性实验装置及实验方法，可用于定量研究锚杆预紧力、不同岩体类型与锚固体强度的关系，建立锚固体的破坏前后的应力应变关系，完善锚固体强度测试的理论方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种双向伺服加载锚固体稳定性实验装置，包括底座和安装架，安装架为矩形框，由四块固定板连接而成，安装架固定在底座上；安装架内部的中间位置放置锚固体；锚固体的每个侧面外侧均放置有一个承载板，承载板与固定板之间设置有一个液压缸，液压缸固定安装在固定板内侧面的中心位置，液压缸的推杆端通过球形铰链与承载板连接，承载板与锚固体的侧面之间设置有减摩板。
优选的，所述锚固体包括锚固围岩模型，锚固围岩模型上端面钻有若干钻孔，锚杆通过锚固剂固定在钻孔内；锚杆包括杆体、托板和螺帽，托板和螺帽之间安装有测力环。
优选的，所述液压缸选用Z型柱塞式扁平液压缸。
优选的，所述固定板的四角分别开设有一个安装孔，每两块相互平行的固定板之间通过安装孔插入螺杆连接，每根螺杆的两端分别伸出到两块相互平行的固定板的外侧面之外并通过螺母固定。
本发明还提供了一种双向伺服加载锚固体稳定性实验方法，包括以下步骤：
①制备锚固体模型：采用现有常规方法制备锚固体模型；
②装配液压加载系统：把每两块相互平行的固定板之间通过安装孔插入螺杆连接，得到安装架，将安装架固定在底座上，将液压缸固定安装在固定板内侧面的中心位置，液压缸的推杆端通过球形铰链与承载板连接，承载板与相对应的固定板平行设置；锚固体模型放置于底座上，并位于安装架的中心位置，承载板与锚固体的侧面接触面之间设置有减摩板；
③将位移传感器与锚固体的上表面接触连接，用来测量锚固体上表面的位移，位移传感器与电脑连接；将测力环与应变仪连接，应变仪与电脑连接；控制液压缸的加载，承载板上设置压力传感器，能够对载荷进行精确监控，实现锚固体双向伺服加载。
本发明产生的有益效果是：本发明提供了一种双向伺服加载锚固体稳定性实验装置及实验方法，本发明不同于以往的用压力机在竖直方向对锚固体上下两面进行加载的实验，而是用四个同等型号的油缸对锚固体的四个面进行加载，并且打破了一般岩石力学实验机垂直加载和横向加载空间的不足，创造了一种侧向加压的方法，可以实现锚固体在不同载荷比例下的双向加载和双向载荷作用下的剪切破坏特征研究。本发明结构简单，操作方便，可定量研究锚杆预紧力、不同岩体类型与锚固体强度的关系，建立锚固体的破坏前后的应力应变关系，完善锚固体强度测试的实验方法。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例子一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明双向伺服加载锚固体稳定性实验装置的立体结构示意图；
图2是本发明双向伺服加载锚固体稳定性实验装置的俯视图；
图3是锚固体的结构示意图；
图4是本发明中锚杆的结构示意图；
图5为液压缸与承载板连接处的结构示意图。
图中：1、底座；2、固定板；3、液压缸；4、螺杆；5、安装孔；6、减摩板；7、承载板；8、螺母；9、球形铰链；10、锚固体；11、锚杆；12、电脑；13、位移传感器；14、应变仪；15、锚杆杆体；16、托板；17、螺帽；18、螺纹；19、测力环。
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做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1－5所示，一种双向伺服加载锚固体稳定性实验装置，包括底座1和安装架，安装架为矩形框，由四块固定板2连接而成，安装架固定在底座1上；安装架内部的中间位置放置锚固体10；锚固体10的每个侧面外侧均放置有一个承载板7，承载板7与锚固体同侧的固定板2之间设置有一个液压缸3，液压缸3固定安装在固定板2内侧面的中心位置，液压缸3的推杆端通过球形铰链9与承载板7连接，承载板7与锚固体10的侧面之间设置有减摩板6。
所述锚固体10包括锚固围岩模型，锚固围岩模型上端面钻有若干钻孔，锚杆11通过锚固剂固定在钻孔内；锚杆11包括杆体15、托板16和螺帽17，托板16和螺帽17之间安装有测力环19。
所述液压缸3选用Z型柱塞式扁平液压缸。所述固定板2的四角分别开设有一个安装孔5，每两块相互平行的固定板之间通过安装孔5插入螺杆4连接，每根螺杆4的两端分别伸出到两块相互平行的固定板2的外侧面之外并通过螺母8固定。
所述底座1是一个不规则的“十”形状，要求板面平整，模型区域光滑，无毛刺。所述承载板7是由厚度20mm的钢板制成，要求板面平整，无凹凸不平。所述减摩板6由厚度为1mm的聚四氟乙烯板制成。
本实施例中的锚固体10采用锚固体模型进行模拟，锚杆杆体采用塑料条进行模拟，托板16采用正方形铝板模拟，锚固围岩模型选用砂蜡胶结材料进行模拟，锚固剂选用石膏浆(水膏比1︰1)模拟。锚固体模型的制作方法可以采用现有文献（如韦四江，勾攀峰.锚杆预紧力对锚固体强度强化的模拟实验研究[J]. 煤炭学报,2012,37(12):1987-1993.）中公开的方法制作，此处不再赘述。
在本实施例中的双向伺服加载锚固体稳定性实验装置基础上，本实施例还提供了一种双向伺服加载锚固体稳定性实验方法，包括以下步骤：
①制备锚固体模型：锚固体10采用正方体锚固体模型进行模拟，锚杆杆体采用塑料条进行模拟，托板16采用正方形铝板模拟，锚固围岩模型选用砂蜡胶结材料进行模拟，锚固剂选用石膏浆(水膏比1︰1)模拟，采用现有文献（韦四江，勾攀峰.锚杆预紧力对锚固体强度强化的模拟实验研究[J]. 煤炭学报,2012,37(12):1987-1993.）中的方法制备锚固体模型；
②装配液压加载系统：把每两块相互平行的固定板2之间通过安装孔5插入螺杆4连接，得到安装架，将安装架固定在底座1上，将液压缸3固定安装在固定板2内侧面的中心位置，液压缸3的推杆端通过球形铰链9与承载板7连接，承载板7与相对应的固定板2平行设置；锚固体模型放置于底座上，并位于安装架的中心位置，承载板7与锚固体10的侧面接触面之间设置有减摩板6；
③将位移传感器13与锚固体10的上表面接触连接，用来测量锚固体上表面的位移，位移传感器13与电脑连接；将测力环19与应变仪14连接，应变仪14与电脑连接；控制液压缸的加载，承载板上设置压力传感器，能够对载荷进行精确监控，承载板具有足够的刚度和内表面光洁度，实现锚固体双向伺服加载。
Claims (5)
1.一种双向伺服加载锚固体稳定性实验装置，其特征在于：包括底座和安装架，安装架为矩形框，由四块固定板连接而成，安装架固定在底座上；安装架内部的中间位置放置锚固体；锚固体的每个侧面外侧均放置有一个承载板，承载板与固定板之间设置有一个液压缸，液压缸固定安装在固定板内侧面的中心位置，液压缸的推杆端通过球形铰链与承载板连接，承载板与锚固体的侧面之间设置有减摩板。
2.如权利要求1所述的双向伺服加载锚固体稳定性实验装置，其特征在于：所述锚固体包括锚固围岩模型，锚固围岩模型上端面钻有若干钻孔，锚杆通过锚固剂固定在钻孔内；锚杆包括杆体、托板和螺帽，托板和螺帽之间安装有测力环。
3.如权利要求1所述的双向伺服加载锚固体稳定性实验装置，其特征在于：所述液压缸选用Z型柱塞式扁平液压缸。
4.如权利要求1所述的双向伺服加载锚固体稳定性实验装置，其特征在于：所述固定板的四角分别开设有一个安装孔，每两块相互平行的固定板之间通过安装孔插入螺杆连接，每根螺杆的两端分别伸出到两块相互平行的固定板的外侧面之外并通过螺母固定。
5.采用权利要求1－4任一实验装置进行双向伺服加载锚固体稳定性实验的方法，其特征在于包括以下步骤：
①制备锚固体模型：采用现有常规方法制备锚固体模型；
②装配液压加载系统：把每两块相互平行的固定板之间通过安装孔插入螺杆连接，得到安装架，将安装架固定在底座上，将液压缸固定安装在固定板内侧面的中心位置，液压缸的推杆端通过球形铰链与承载板连接，承载板与相对应的固定板平行设置；锚固体模型放置于底座上，并位于安装架的中心位置，承载板与锚固体的侧面接触面之间设置有减摩板；
③将位移传感器与锚固体的上表面接触连接，用来测量锚固体上表面的位移，位移传感器与电脑连接；将测力环与应变仪连接，应变仪与电脑连接；控制液压缸的加载，承载板上设置压力传感器，能够对载荷进行精确监控，实现锚固体双向伺服加载。
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