CN110987626A - 一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置及方法，本发明通过设置两块刚性板组成的反力装置实现荷载施加，另外添加锚杆托盘，并将锚杆托盘放置在试件与刚性反力顶板之间，较好的还原了锚杆的实际受力状态，体现了锚杆托盘对试验结果的影响，使得试验结果与实际情况更加相符，且可适用于不同形状及大小的试件，并且能为试件施加围压或者刚性约束留有空间，另外，本发明试验装置简单，试验工作可在一般常用的材料力学试验机上进行，不需要对试验设备进行特殊的改造，更不需要配置专用试验仪器及设备。

Description

一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置及方法
技术领域
本发明涉及锚固结构设计技术领域，特别是一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置及方法。
背景技术
一个多世纪以来，灌浆锚杆作为一种主要的岩体稳定支护工具，在土木工程和采矿工程中被广泛应用。在灌浆锚杆系统中，锚杆通过杆体与灌浆体以及灌浆体与周围岩土体之间的粘结应力来提供工程支护时所需的锚固力。锚杆在拉拔荷载作用下的破坏可能发生在岩石锚杆、灌浆介质、锚杆-灌浆体界面或灌浆体-岩石界面上。大量研究表明，只要杆体材料尺寸满足要求，大多数锚杆系统的失效发生在锚杆-灌浆体或者灌浆体-岩石之间的界面上。因此，对锚杆界面力学特性及荷载传递机理的深入了解，将有助于锚杆设计的改进。
近年来，国内外进行了大量的试验研究，以评价锚固结构各界面在拉伸荷载作用下的力学性能。其中，实验室试验是开展此项研究的主要方法之一。实验室室内试验与现场试验最大的区别在于，实验室试验很难完全还原现场锚杆的实际受力情况。而科研人员为了让室内实验与锚杆现场受力情况尽量一致也做了大量的努力。比如在试件周边施加围压或者在试件四周施加刚性约束来模拟锚杆锚固段所受围岩压力情况；或者尽可能的增大试件尺寸以减少边界对试验结果的影响，等等。但是在已开展的众多的室内试验研究中，锚杆托盘对锚杆锚固性能的影响很少被考虑，显然这是不合理的。在锚杆支护中，托盘是锚杆支护系统中的一个重要部件。由于锚杆作用于围岩表面的力为一集中点载，若锚杆直接作用于围岩，将产生极大的应力集中，很容易穿透围岩而导致锚杆失效。放置托盘以后，由于锚杆通过托盘与杆体组成工作构件，锚杆的轴向力使托盘紧压岩石，使围岩处于三向受力状态，使围岩受力更加合理。因此在锚杆眼孔口架设托盘，实属必要，且其作用是不容忽视的。同时，由于托盘的存在，势必会影响整个锚杆系统的破坏模式。因此设计一种能够在室内试验条件下考虑锚杆托盘影响的试验装置及方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置及方法，旨在解决现有技术中室内试验缺少锚杆托盘造成不能反映实际情况的问题，实现真实还原锚杆的实际受力状态，提高试验数据准确度。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置，所述装置包括：
上下两块刚性反力板，刚性反力顶板中间预留孔洞，刚性反力顶板和刚性反力底板通过螺杆连接固定形成反力装置；
在刚性反力顶板和刚性反力底板之间固定试件和锚杆托盘，锚杆托盘位于试件顶部，所述锚杆托盘的尺寸与刚性反力顶板中间预留的孔洞相匹配；
锚固在所述试件中的锚杆穿过锚杆托盘和刚性反力顶板；
所述刚性反力底板底部中心点处焊有拉杆，所述拉杆与锚杆在同一轴线上，拉杆固定于试验机的下部夹具上，锚杆固定于试验机的上部夹具上。
优选地，所述锚杆托盘为蝶式托盘。
本发明还提供了一种利用所述装置实现考虑托盘影响的锚杆拉拔试验方法，所述方法包括以下步骤：
S1、将制作好的试件放置在刚性反力底板上正中央位置；
S2、将锚杆托盘以及刚性反力顶板依次穿过锚固在试件中的锚杆；
S3、用螺栓将刚性反力底板与刚性反力顶板相连，形成锚杆拉拔试验时的反力装置，拧紧螺栓，使锚杆托盘与试件上表面及刚性反力顶板紧密接触；
S4、将锚杆与试验机顶部夹具相连，将焊接在刚性反力底板上的拉杆与试验机底部夹具相连，调整试件位置，保证锚杆与拉杆在同一轴线上；
S5、启动拉力试验机，以位移模式进行加载，收集并分析试验数据。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过设置两块刚性板组成的反力装置实现荷载施加，另外添加锚杆托盘，并将锚杆托盘放置在试件与刚性反力顶板之间，较好的还原了锚杆的实际受力状态，体现了锚杆托盘对试验结果的影响，使得试验结果与实际情况更加相符，且可适用于不同形状及大小的试件，并且能为试件施加围压或者刚性约束留有空间，另外，本发明试验装置简单，试验工作可在一般常用的材料力学试验机上进行，不需要对试验设备进行特殊的改造，更不需要配置专用试验仪器及设备。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置侧面结构示意图；
图2为本发明实施例中所提供的一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置内部构造结构示意图；
图3为本发明实施例中所提供的一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置顶部俯视结构示意图；
图4为本发明实施例中所提供的一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置底部俯视结构示意图；
图中，1-锚杆托盘，2-刚性反力底板，3-刚性反力顶板，4-拉杆，5-螺栓，6-螺杆，7-试验机夹具，8-锚杆，9-试件，10-灌浆材料。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置及方法进行详细说明。
如图1-4所示，本发明公开了一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置，所述装置包括：
上下两块刚性反力板，刚性反力顶板中间预留孔洞，刚性反力顶板和刚性反力底板通过螺杆连接固定形成反力装置；
在刚性反力顶板和刚性反力底板之间固定试件和锚杆托盘，锚杆托盘位于试件顶部，所述锚杆托盘的尺寸与刚性反力顶板中间预留的孔洞相匹配；
锚固在所述试件中的锚杆穿过锚杆托盘和刚性反力顶板；
所述刚性反力底板底部中心点处焊有拉杆，所述拉杆与锚杆在同一轴线上，拉杆固定于试验机的下部夹具上，锚杆固定于试验机的上部夹具上。
本发明实施例为了更好的还原现场锚杆的实际受力情况，在试验中加入了锚杆托盘，以便研究锚杆托盘对试验结果的影响，真实还原实际情况。
刚性反力顶板和刚性反力底板组成了锚杆拉拔试验的反力装置，解决了试验中的荷载施加问题。刚性反力顶板和刚性反力底板通过四组螺杆和螺栓固定，拧紧螺栓，使得刚性反力顶板和刚性反力底板之间的试件以及锚杆托盘各自紧密接触。
在刚性反力顶板的中间预留有孔洞，孔洞的尺寸和锚杆托盘的尺寸相匹配，锚固在试件中的锚杆可穿过锚杆托盘和孔洞，试件的形状和大小可根据实际情况而定，可为圆柱体、方形体或其他样式，可为试件施加围压或者刚性约束留有空间。锚杆通过灌浆材料锚固在试件中心位置处。将锚杆托盘放置在试件与刚性反力顶板之间，可较好的还原锚杆的实际受力状态。
在刚性反力底板的中心点位置处焊接一拉杆，拉杆固定在试验机下部夹具上，锚杆固定在试验机的上部夹具上，拉杆中心与锚杆必须在同一轴线上。
所述锚杆托盘优选蝶式托盘，对于其他类型的托盘也同样适用。
本发明实施例通过设置两块刚性板组成的反力装置实现荷载施加，另外添加锚杆托盘，并将锚杆托盘放置在试件与刚性反力顶板之间，较好的还原了锚杆的实际受力状态，体现了锚杆托盘对试验结果的影响，使得试验结果与实际情况更加相符，且可适用于不同形状及大小的试件，并且能为试件施加围压或者刚性约束留有空间，另外，本发明试验装置简单，试验工作可在一般常用的材料力学试验机上进行，不需要对试验设备进行特殊的改造，更不需要配置专用试验仪器及设备。
本发明实施例还公开了一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验方法，所述方法采用前文所述试验装置实现，包括以下步骤：
S1、将制作好的试件放置在刚性反力底板上正中央位置；
S2、将锚杆托盘以及刚性反力顶板依次穿过锚固在试件中的锚杆；
S3、用螺栓将刚性反力底板与刚性反力顶板相连，形成锚杆拉拔试验时的反力装置，拧紧螺栓，使锚杆托盘与试件上表面及刚性反力顶板紧密接触；
S4、将锚杆与试验机顶部夹具相连，将焊接在刚性反力底板上的拉杆与试验机底部夹具相连，调整试件位置，保证锚杆与拉杆在同一轴线上；
S5、启动拉力试验机，以位移模式进行加载，收集并分析试验数据。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述装置包括：
上下两块刚性反力板，刚性反力顶板中间预留孔洞，刚性反力顶板和刚性反力底板通过螺杆连接固定形成反力装置；
在刚性反力顶板和刚性反力底板之间固定试件和锚杆托盘，锚杆托盘位于试件顶部，所述锚杆托盘的尺寸与刚性反力顶板中间预留的孔洞相匹配；
锚固在所述试件中的锚杆穿过锚杆托盘和刚性反力顶板；
所述刚性反力底板底部中心点处焊有拉杆，所述拉杆与锚杆在同一轴线上，拉杆固定于试验机的下部夹具上，锚杆固定于试验机的上部夹具上。
2.根据权利要求1所述的一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述锚杆托盘为蝶式托盘。
3.一种利用权利要求1或2所述装置实现考虑托盘影响的锚杆拉拔试验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、将制作好的试件放置在刚性反力底板上正中央位置；
S2、将锚杆托盘以及刚性反力顶板依次穿过锚固在试件中的锚杆；
S3、用螺栓将刚性反力底板与刚性反力顶板相连，形成锚杆拉拔试验时的反力装置，拧紧螺栓，使锚杆托盘与试件上表面及刚性反力顶板紧密接触；
S4、将锚杆与试验机顶部夹具相连，将焊接在刚性反力底板上的拉杆与试验机底部夹具相连，调整试件位置，保证锚杆与拉杆在同一轴线上；
S5、启动拉力试验机，以位移模式进行加载，收集并分析试验数据。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112284901A (zh) * 2020-10-28 2021-01-29 贵州大学 一种假三轴岩石试验机及其使用方法
CN114594001A (zh) * 2022-05-09 2022-06-07 武汉工程大学 一种锚杆拉拔实验用辅助设备及实验仪

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