CN110186760A - 一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法，包括以下步骤：安装下垫片、支撑底座；安装支撑底座外壁处的阀门；安装试样底座、试验试样、试样帽并保证密封性；在试验试样、试样帽外安装反力框架和反力框架上盖；注水并对试样环境压力室进行加压，模拟土体应力状态；调节反力横梁高度并连接夹紧锚杆；动力加载模拟锚固体所受的震动载荷，并记录实验数据；拆卸锚杆拉拔试验装置。本发明在试验试样的周围施加围压有效的模拟土体实际受力状态，同时在反力横梁处有动力加载装置系统，能够实现锚杆的动态拉拔，更加真实的反映了实际工程中锚杆的受力及变形情况。提高了试验测试的精度，使测试结果更加科学准确。
Description
技术领域
本发明属于岩土锚固工程技术领域，具体涉及一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法。
背景技术
随着我国众多工程建设的蓬勃发展，岩土锚固技术已在其中发挥了重要的作用。锚杆支护是岩土锚固技术的重要组成部分，因其经济有效、安全可靠的加固特点，在工程建设中已被广泛的应用，具备巨大的发展前景。锚固技术是依赖杆体与周边岩土体紧密的粘结以提高土体的强度和稳定性，若能够有效的锚固于土层当中取决于锚杆被拔出的抗力。经研究发现，在实际工程中锚杆受力和变形比较复杂且受众多因素的影响，其抗力大小与土体的种类、土体的应力状态以及锚固体的强度、尺寸、形状有紧密的关系。
实际锚固工程中，在外界各类荷载耦合作用影响下，使锚杆受力变得极为复杂。随着研究的不断深入，在地震荷载、振动荷载、风动压力作用下锚杆所受竖向应力变化问题相继被提出，因此传统的仅考虑静态荷载影响设计锚固方案是过于保守的。当受到重复的振动荷载作用时锚杆的受力状态会有相应的变化，同时可能引起锚杆的附加位移。故对动态荷载作用下改变土体应力状态和锚固体强度、尺寸时锚杆的动态锚固性能展开研究具有较高的实际应用价值。
若运用原位测试试验对改变土体应力状态和锚固体强度、尺寸时锚杆的动态锚固性能展开分析测试，有造价较高、工期较长、多工况分析无法展开等问题，最终对锚固性能的评定也不够系统和客观。在地槽和模型箱中展开模型试验，存在模型尺寸较大、可重复性操作较差以及不同应力状态的土体无法保证等缺陷。相对而言，室内试验步骤操作简单，可操控性较强，受外界因素干扰小，且能够有效对比试验规律。基于此针对性提出一种室内锚固体与土体界面动态性能测试方法切实易行具有较高的参考价值。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法。
本发明的技术方案是：一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法，包括以下步骤：
ⅰ.安装下垫片、支撑底座
先在支撑平台处安装下垫片，然后在下垫片上端安装锚杆拉拔试验装置的支撑底座；
ⅱ.安装支撑底座外壁处的阀门
在支撑底座外壁的接口处依次按对应位置安装试验中的进水阀、排水阀、孔压连接阀、围压连接阀；
ⅲ.安装试样底座、试验试样、试样帽并保证密封性
将高度可调节的试样底座安装在装置支撑底座上，试样底座在下部衔接处设置密封圈，试样底座上放置透水板和滤纸，随后放置养护完毕的试验试样并安装上部的试样帽，借助承膜筒将乳胶膜套于试验试样上，使用橡皮筋进行贴紧密封处理，最后检查并确保各部位密封不透水性；
ⅳ.在试验试样、试样帽外安装反力框架和反力框架上盖
在试验试样周围和试样帽上部放置反力框架和反力框架上盖，反力框架和反力框架上盖通过螺丝固定连接，通过螺丝孔旋拧螺丝将反力框架固定在支撑底座上端，然后安置试样环境压力室，并旋拧四周固定螺丝将试样环境压力室固定在支撑底座上；
ⅴ.注水并对试样环境压力室进行加压，模拟土体应力状态
打开进水阀通过水泵向试样环境压力室内逐渐注水，待水注满后立即关闭进水阀及试样帽上部的排气螺丝口，打开围压连接阀清空管内多余气泡，然后开始加压，使试样环境压力室的压力值达到试验所需的设定值，模拟土体所处的应力状态；
ⅵ.调节反力横梁高度并连接夹紧锚杆
调节支撑立柱上的高度控制螺母将反力横梁调节至合理高度，依次在其下部安装测力传感器、锚杆夹具，测力传感器的接头与机架后部接口连接，锚杆夹具通过连接螺栓和连接接头与测力传感器连接，最后用锚杆夹具的夹口把试验试样的锚杆夹住，观察并调整其位于竖向同轴线上；
ⅶ.模拟锚固体的震动载荷，并记录实验数据
待围压趋于稳定后，启动动力加载装置，对锚杆施加动载荷开始进行拉拔试验，模拟实际工程中外界对试验试样中锚固体的振动载荷，测试锚固体在振动载荷下的锚固力及位移变化情况，同时注意拉拔过程中围压幅度的变化，最后详细记录试验数据并保存；
ⅷ.拆卸锚杆拉拔试验装置
停止施加荷载试验完毕后，对锚杆拉拔试验装置的构件按正确的顺序进行卸载和拆卸，确保后续改变锚固体强度和尺寸等多工况测试顺利有效进行。
步骤ⅱ中进水阀与进水管连通，排水阀与排水管连通，孔压连接阀与外置的孔压传感器连接，围压连接阀与外置围压体积控制器连接。
步骤ⅴ中试样环境压力室体积较大的情况下，采用多次间隔性逐级加压。
步骤ⅷ的拆卸过程具体如下：
先通过围压体积控制器将围压卸载到较小合理值，打开排水阀进行排水泄压，随后拧下压力室上部排气螺丝口将水排尽，然后调低反力横梁高度，释放锚杆残余拉拔力，最后依次拆卸锚杆夹具、试样环境压力室、反力框架上盖、反力框架、试验试样、试样底座、乳胶膜、透水板、密封圈、滤纸。
为了减少边界约束效应的影响，试验中所用的试验试样直径的约为锚固体直径的5倍以上。
在试验开始前，把养护完毕的试验试样的底部进行部分切削，使锚固体相对于土体能够凸出一部分，确保拉拔过程中等面积受力。
所述试样底座为空心柱体，可根据试验时所需高度进行调节，锚固体相对于土体凸出的部分即位于空心中。
本发明有益效果如下：在试验试件的周围施加围压有效的模拟土体实际受力状态，同时在反力横梁处有动力加载装置系统，能够实现锚杆的动态拉拔，更加真实的反映了实际工程中锚杆的受力及变形情况。解决了在传统的锚杆拉拔试验中需贴大量应变片或使用钢筋应力计测试锚杆轴力等复杂问题，同时提高了试验测试的精度，使测试结果更加科学准确。
附图说明
图1 是本发明中锚杆拉拔测试装置的结构示意图；
图2 是本发明中反力框架、反力框架上盖示意图；
图3 是本发明中试验试样、试样底座放置示意图；
图4 是本发明中试验试样、反力框架、反力框架上盖的安装示意图；
图5 是本发明中锚杆夹具各构件的连接示意图；
图6 是本发明中试样底座中各阀门俯视示意图；
其中：
1 下垫片 2 支撑底座
3 进水阀 4 排水阀
5 孔压连接阀 6 围压连接阀
7 反力横梁 8 支撑立柱
9 动力加载装置 10 测力传感器
11 锚杆夹具 12 高度控制螺母
13 试样环境压力室 14 反力框架
15 反力框架上盖 16 乳胶膜
17 试验试样 18 试样底座
19 试样帽 20 锚固体
21 锚杆 22 排气螺丝口
23 透水板 24 密封圈
25 滤纸
11-1 连接螺栓 11-2 连接接头
11-3 夹具外框 11-4 固定螺丝
11-5 夹口 13-1 固定螺丝
14-1 螺丝孔 5-1 内腔孔压口。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1~6所示，一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法，包括以下步骤：
ⅰ.安装下垫片、支撑底座
先在支撑平台处安装下垫片1，然后在下垫片1上端安装锚杆拉拔试验装置的支撑底座2；
ⅱ.安装支撑底座外壁处的阀门
在支撑底座2外壁的接口处依次按对应位置安装试验中的进水阀3、排水阀4、孔压连接阀5、围压连接阀6；
ⅲ.安装试样底座、试验试样、试样帽并保证密封性
将高度可调节的试样底座18安装在装置支撑底座2上，试样底座18在下部衔接处设置密封圈24，试样底座18上放置透水板23和滤纸25，随后放置养护完毕的试验试样17并安装上部的试样帽19，借助承膜筒将乳胶膜16套于试验试样17上，使用橡皮筋进行贴紧密封处理，最后检查并确保各部位密封不透水性；
ⅳ.在试验试样、试样帽外安装反力框架和反力框架上盖
在试验试样17周围和试样帽19上部放置反力框架14和反力框架上盖15，反力框架14和反力框架上盖15通过螺丝固定连接，通过螺丝孔14-1旋拧螺丝将反力框架14固定在支撑底座2上端，然后安置试样环境压力室13，并旋拧四周固定螺丝13-1将试样环境压力室13固定在支撑底座1上；
ⅴ.注水并对试样环境压力室进行加压，模拟土体应力状态
打开进水阀3通过水泵向试样环境压力室13内逐渐注水，待水注满后立即关闭进水阀3及试样帽19上部的排气螺丝口22，打开围压连接阀6清空管内多余气泡，然后开始加压，使试样环境压力室13的压力值达到试验所需的设定值，模拟土体所处的应力状态；
ⅵ.调节反力横梁高度并连接夹紧锚杆
调节支撑立柱8上的高度控制螺母12将反力横梁7调节至合理高度，依次在其下部安装测力传感器10、锚杆夹具11，测力传感器10的接头与机架后部接口连接，锚杆夹具11通过连接螺栓11-1和连接接头11-2与测力传感器10连接，最后用锚杆夹具的夹口11-5把试验试样17的锚杆21夹住，观察并调整其位于竖向同轴线上；
ⅶ.模拟锚固体的震动载荷，并记录实验数据
待围压趋于稳定后，启动动力加载装置9，对锚杆21施加动载荷开始进行拉拔试验，模拟实际工程中外界对试验试样17中锚固体20的振动载荷，测试锚固体20在振动载荷下的锚固力及位移变化情况，同时注意拉拔过程中围压幅度的变化，最后详细记录试验数据并保存；
ⅷ.拆卸锚杆拉拔试验装置
停止施加荷载试验完毕后，对锚杆拉拔试验装置的构件按正确的顺序进行卸载和拆卸，确保后续改变锚固体强度和尺寸等多工况测试顺利有效进行。
步骤ⅱ中进水阀3与进水管连通，排水阀4与排水管连通，孔压连接阀5与外置的孔压传感器连接，围压连接阀6与外置围压体积控制器连接。
步骤ⅴ中试样环境压力室13体积较大的情况下，采用多次间隔性逐级加压。
步骤ⅷ的拆卸过程具体如下：
先通过围压体积控制器将围压卸载到较小合理值，打开排水阀4进行排水泄压，随后拧下压力室上部排气螺丝口22将水排尽，然后调低反力横梁7高度，释放锚杆残余拉拔力，最后依次拆卸锚杆夹具11、试样环境压力室13、反力框架上盖15、反力框架14、试验试样17、试样底座18、乳胶膜16、透水板23、密封圈24、滤纸25。
为了减少边界约束效应的影响，试验中所用的试验试样17直径的约为锚固体20直径的5倍以上。
在试验开始前，把养护完毕的试验试样17的底部进行部分切削，使锚固体20相对于土体能够凸出一部分，确保拉拔过程中等面积受力。
所述试样底座18为空心柱体，可根据试验时所需高度进行调节，锚固体20相对于土体凸出的部分即位于空心中。
如图1所示，图1为锚杆拉拔试验装置安装后的结构示意图，所述支撑立柱8安装在支撑平台上，所述支撑立柱8上设置的高度控制螺母12能够控制反力横梁7的高度，所述动力加载装置9设置在反力横梁7上。
所述动力加载装置9下端设置测力传感器10，所述测力传感器10下端设置锚杆夹具11。
如图5所示，所述锚杆夹具11包括连接螺栓11-1、连接接头11-2、
夹具外框11-3、固定螺丝11-4、夹口11-5，通过固定螺丝11-4的调节，调整夹口11-5与锚杆21之间的夹紧力。
试验装置支撑底座2下部的下垫片能够防止拉拔过程中支撑底座2及试样环境压力室13发生晃动，同时能够起到调节外壁连接阀的朝向作用，若需更换垫片应保证垫片厚度与原垫片厚度一致。
试样底座18及试验试样17整体安装完毕后，必须检查并确保各部位密封不透水性，防止试样环境压力室13注水后浸入试验试样17。
在试样帽19上端和试验试样17外围依次安装的反力架上盖15和反力框架14，能保证锚杆拉拔时试样上部不发生倾斜均匀受力，同时避免了试样周围受到其他外力影响，对拉拔受力变形产生干扰。
本发明有益效果如下：在试验试件的周围施加围压有效的模拟土体实际受力状态，同时在反力横梁处有动力加载装置系统，能够实现锚杆的动态拉拔，更加真实的反映了实际工程中锚杆的受力及变形情况。解决了在传统的锚杆拉拔试验中需贴大量应变片或使用钢筋应力计测试锚杆轴力等复杂问题，同时提高了试验测试的精度，使测试结果更加科学准确。
Claims (7)
1.一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
（ⅰ）安装下垫片、支撑底座
先在支撑平台处安装下垫片（1），然后在下垫片（1）上端安装锚杆拉拔试验装置的支撑底座（2）；
（ⅱ）安装支撑底座外壁处的阀门
在支撑底座（2）外壁的接口处依次按对应位置安装试验中的进水阀（3）、排水阀（4）、孔压连接阀（5）、围压连接阀（6）；
（ⅲ）安装试样底座、试验试样、试样帽并保证密封性
将高度可调节的试样底座（18）安装在装置支撑底座（2）上，试样底座（18）在下部衔接处设置密封圈（24），试样底座（18）上放置透水板（23）和滤纸（25），随后放置养护完毕的试验试样（17）并安装上部的试样帽（19），借助承膜筒将乳胶膜（16）套于试验试样（17）上，使用橡皮筋进行贴紧密封处理，最后检查并确保各部位密封不透水性；
（ⅳ）在试验试样、试样帽外安装反力框架和反力框架上盖
在试验试样（17）周围和试样帽（19）上部放置反力框架（14）和反力框架上盖（15），反力框架（14）和反力框架上盖（15）通过螺丝固定连接，通过螺丝孔（14-1）旋拧螺丝将反力框架（14）固定在支撑底座（2）上端，然后安置试样环境压力室（13），并旋拧四周固定螺丝（13-1）将试样环境压力室（13）固定在支撑底座（1）上；
（ⅴ）注水并对试样环境压力室进行加压，模拟土体应力状态
打开进水阀（3）通过水泵向试样环境压力室（13）内逐渐注水，待水注满后立即关闭进水阀（3）及试样帽（19）上部的排气螺丝口（22），打开围压连接阀（6）清空管内多余气泡，然后开始加压，使试样环境压力室（13）的压力值达到试验所需的设定值，模拟土体所处的应力状态；
（ⅵ）调节反力横梁高度并连接夹紧锚杆
调节支撑立柱（8）上的高度控制螺母（12）将反力横梁（7）调节至合理高度，依次在其下部安装测力传感器（10）、锚杆夹具（11），测力传感器（10）的接头与机架后部接口连接，锚杆夹具（11）通过连接螺栓（11-1）和连接接头（11-2）与测力传感器（10）连接，最后用锚杆夹具的夹口（11-5）把试验试样（17）的锚杆（21）夹住，观察并调整其位于竖向同轴线上；
（ⅶ）模拟锚固体的震动载荷，并记录实验数据
待围压趋于稳定后，启动动力加载装置（9），对锚杆（21）施加动载荷开始进行拉拔试验，模拟实际工程中外界对试验试样（17）中锚固体（20）的振动载荷，测试锚固体（20）在振动载荷下的锚固力及位移变化情况，同时注意拉拔过程中围压幅度的变化，最后详细记录试验数据并保存；
（ⅷ）拆卸锚杆拉拔试验装置
停止施加荷载试验完毕后，对锚杆拉拔试验装置的构件按正确的顺序进行卸载和拆卸，确保后续改变锚固体强度和尺寸等多工况测试顺利有效进行。
2.根据权利要求1所述的一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法，其特征在于：步骤（ⅱ）中进水阀（3）与进水管连通，排水阀（4）与排水管连通，孔压连接阀（5）与外置的孔压传感器连接，围压连接阀（6）与外置围压体积控制器连接。
3.根据权利要求1所述的一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法，其特征在于：步骤（ⅴ）中试样环境压力室（13）体积较大的情况下，采用多次间隔性逐级加压。
4.根据权利要求1所述的一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法，其特征在于：步骤（ⅷ）的拆卸过程具体如下：
先通过围压体积控制器将围压卸载到较小合理值，打开排水阀（4）进行排水泄压，随后拧下压力室上部排气螺丝口（22）将水排尽，然后调低反力横梁（7）高度，释放锚杆残余拉拔力，最后依次拆卸锚杆夹具（11）、试样环境压力室（13）、反力框架上盖（15）、反力框架（14）、试验试样（17）、试样底座（18）、乳胶膜（16）、透水板（23）、密封圈（24）、滤纸（25）。
5.根据权利要求1所述的一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法，其特征在于：为了减少边界约束效应的影响，试验中所用的试验试样（17）直径的约为锚固体（20）直径的5倍以上。
6.根据权利要求1所述的一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法，其特征在于：在试验开始前，把养护完毕的试验试样（17）的底部进行部分切削，使锚固体（20）相对于土体能够凸出一部分，确保拉拔过程中等面积受力。
7.根据权利要求6所述的一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法，其特征在于：所述试样底座（18）为空心柱体，可根据试验时所需高度进行调节，锚固体（20）相对于土体凸出的部分即位于空心中。
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| CN201910509526.5A CN110186760A (zh) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | 一种考虑改变围压条件的土质锚杆拉拔测试方法 |
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