CN112903419B - 一种渗流作用下岩体锚杆拉拔耦合试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种渗流作用下岩体锚杆拉拔耦合试验装置及试验方法，包括渗流箱和渗流加压组件，渗流箱的前侧板上设有一拉拔孔，下侧板上设有一引流孔，渗流箱内设有一试样件和四个推板，试样件上插入有一锚杆，且锚杆从拉拔孔沿伸出至渗流箱外，每一推板连接一驱动气缸，且上推板上还设有多个渗透孔，渗流加压组件与渗透孔连通。本发明的有益效果为：该试验装置在对试样件进行实验时，通过四个可加压的推板将试样件压紧于两侧板上，使试样件四个侧面处在一个密封隔水的空间内，从而实现自上而下的渗流加压过程；试样件的四个侧面与推板之间夹有防水橡胶垫片，进一步加强试样件的封水效果，从而提高试样件的渗透液流量测试更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及岩体渗流和锚杆拉拔耦合试验领域，尤其涉及一种渗流作用下岩体锚杆拉拔耦合试验装置及试验方法。
背景技术
锚固工程是岩土工程领域的重要分支，能充分地调用和提高岩体的自身强度和自稳能力，是解决岩土工程稳定性问题的经济、有效的方法。渗流是流体在压差作用下，通过多孔介质或裂隙介质的流动，而岩体的渗透性对于核废料深部地质处置围岩、深部巷道支护体、大型水电站边坡支护、干热岩等大型工程的安全和稳定性具有重要影响。锚杆是在边坡支护、煤矿岩巷支护、隧道开挖支护等岩体锚固工程上使用比较广泛的工程材料，它与浇筑的砂浆以及围岩形成一个锚固体系，将岩体变形的下滑力转化为锚杆的拉力再将拉力传递给锚固体系起到对松动岩体防护的作用。锚杆主要是承受拉力，其极限抗拉强度表明了锚固体系的锚固效果。实际岩体工程中，岩体-锚固结构体系内的地下水渗流过程，会显著改变锚杆附近的水化学环境，加速锚杆钢筋腐蚀速率、劣化水泥浆体和围岩体力学强度，从而导致锚固力逐渐丧失、锚固效果变差，从而影响被加固岩体工程的安全稳定性。因此，模拟实际工程中的地下水渗流特征，开展渗流作用下的岩体-锚杆拉拔试验研究，对于准确评估岩体锚固工程的长期有效性具有重要意义。针对岩体渗流试验和岩体-锚杆拉拔试验，国内外分别研发了很多试验装置和平台，但是对于同时考虑渗流作用和拉拔作用的岩体-锚杆耦合试验装置却鲜有报道。
在实际岩体工程中，往往都是多场耦合问题，因此需要一种能考虑渗流作用下拔杆对渗流流量影响的试验装置，以研究渗流作用和拉拔作用之间的耦合作用。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种渗流作用下岩体锚杆拉拔耦合试验装置，包括渗流箱和渗流加压组件，所述渗流箱为一长方体形的刚性箱体，渗流箱具有六个侧板，分别前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、上侧板和下侧板，其中上侧板和后侧板以可拆卸的方式固定于渗流箱上，所述前侧板上设有一拉拔孔，下侧板上设有一贯穿下侧板的引流孔，渗流箱内设有一试样件和四个推板，试样件上插入有一锚杆，试样件位于导流凹槽正上方，且锚杆穿过渗流箱前侧板上的拉拔孔沿伸出至渗流箱外，四个推板分别为上推板、左推板、右推板和后推板，每一推板连接一驱动气缸，四个驱动气缸分别固定于上侧板、左侧板、右侧板和后侧板上，四个推板分别从四个方向上共同将试样件压紧于下侧板和前侧板上，其中，所述上推板上还设有多个渗透孔，所述渗流加压组件包括一供压装置和一渗流导管，所述渗流导管一端连接于供压装置上，另一端连接于上推板上的渗透孔上。
进一步地，所述渗流箱底部设有一导流凹槽，所述引流孔位于所述导流凹槽底部。
进一步地，所述渗流箱内还设有一矩形的垫板，所述垫板上分布有多个通孔。
进一步地，该试验装置还包括一拔杆组件，所述拔杆组件固定于前侧板上，且拔杆组件与所述试样件上的锚杆相连，所述拔杆组件用于提供拉力，将锚杆试样件上从拔出。
本发明还提供一种基于所述的一种渗流作用下岩体锚杆拉拔耦合试验装置的试验方法，该试验方法包括如下步骤：
S1.制备带有锚杆的正方体混凝土试样件，并对其进行表面的打磨；
S2.将试样件通过渗流箱的后侧开口放入渗流箱内，并使其支撑于垫板上，同时使锚杆穿过拉拔孔连接在拔杆组件上，并安装后侧板；
S3.控制驱动气缸推动后推板、左推板、右推板将试样件压紧于前侧板上，此时左推板、右推板、后推板、前侧板以及垫块围成一无盖盒体结构，将试样件包围在中间；
S4.调好防水固化橡胶，沿后挡板的内侧将防水橡胶缓缓倒入无盖盒体结构内，使防水橡胶充满整个无盖盒体内的空腔，并没过试件块；
S5.待防水橡胶固化后，在试样件上的防水橡胶上用刀挖出一个与上推板上渗透孔矩阵尺寸相同的矩形，再将上侧板安装在渗流箱上，同时控制上侧板上的驱动气缸推动上推板下压试样件上端的防水橡胶；
S6.连接供压装置和渗流导管，并将渗流导管连接于上推板上的渗透孔上；
S7.启动供压装置加压，试样件上方的渗透流体渗透穿过试样件，并流入收集容器中；
S8.当流入收集容器内的渗透流体流量稳定后，控制拔杆组件拔出锚杆，混凝土发生变形破坏，记录整个过程锚杆的应力变形和试样件渗透流体的渗透流量。
本发明的有益效果为:该试验装置在对试样件进行实验时，通过四个可加压的推板将试样件压紧于两侧板上，使试样件四个侧面处在一个密封隔水的空间内，从而实现自上而下的渗流加压过程；试样件的四个侧面与推板之间夹有防水橡胶垫片，进一步加强试样件的封水效果，从而提高试样件的渗透液流量测试更加准确。
附图说明
图1为本发明一种渗流作用下岩体锚杆拉拔耦合试验装置的整体结构图。
图2为图1中渗流箱1的侧视图。
图3为图1中渗流箱1的正视图。
图4为图1中渗流箱1的外部结构图。
图5为图3中垫板15的结构示意图。
图6为图1中上推板21上渗透孔24的结构示意图。
图7为本发明一种渗流作用下岩体锚杆拉拔耦合试验装置工作时的俯视图。
上述图中：1-渗流箱，11-上侧板，12-后侧板，13-拉拔孔，14-导流凹槽，15-导流孔，16-垫板，2-推板，21-上推板，22-驱动气缸，23-导向杆，24-渗透孔，3-试样件，31-锚杆，4-收集容器，5-供压装置，51-渗流导管，6-控制主机，7-拔杆组件，8-防水橡胶，81-垫条。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1至图6，一种渗流作用下岩体锚杆拉拔耦合试验装置，包括渗流箱1、渗流加压组件、拔杆组件7以及控制主机5。
所述渗流箱1为一长方体形的刚性箱体，渗流箱1具有六个侧板，分别前侧板、后侧板12、左侧板、右侧板、上侧板11和下侧板，其中上侧板11和后侧板12以可拆卸的方式固定于渗流箱1上，所述前侧板上设有一拉拔孔13，下侧板上表面(即渗流箱1底部)渗流箱底部设有一导流凹槽14，导流凹槽14中部设有一贯穿所述下侧板的引流孔15。
渗流箱1内设有一试样件3、一垫板16和四个推板2，试样件3为一正方体形的混凝土块，试样件3上插入有一锚杆31，垫板16位于渗流箱1底部，且位于导流凹槽14正上方，垫板16上设有多个通孔，试样件3放置于垫板16上，且锚杆31穿过渗流箱1前侧板上的拉拔孔13沿伸出至渗流箱1外，四个推板分别为上推板21、左推板、右推板和后推板，每一推板2连接一驱动气缸22，四个驱动气缸22分别通过一固定架23固定于上侧板11、左侧板、右侧板和后侧板12上，四个推板2分别在四个驱动气缸22的推动下从四个方向上共同将试样件3压紧于下侧板和前侧板上，以模拟试样件的在实际环境中多面受压的状态，其中，所述上推板21上设有多个渗透孔24，所有渗透孔24排列为一渗透孔矩阵。
所述渗流加压组件包括一供压装置5和一渗流导管51，所述渗流导管51一端连接于供压装置5上，另一端穿过渗流箱1的侧板延伸至渗流箱1内，并连接于所述上推板21上的渗透孔24上，所述拔杆组件7位于所述前侧板上，且与所述锚杆31相连，所述渗流箱1的下侧板上引流孔15上连接一引流管，引流管下端连接一收集容器4，所述供压装置5内装有渗透流体，所述供压装置5用于将渗透流体加压后通过渗流导管51输入试样件3上端，试样件3上端的渗透流体通过渗透的方式穿过试样件3，并从渗流箱1的下侧板流出，所述收集容器4用于收集并试样件3渗透出的渗透流体的量，所述拔杆组件7用于提供拉力，拔出试样件3上的锚杆31，所述控制主机用于控制供压装置5、拔杆组件7、驱动气缸22以及记录收集容器4内渗透出的渗透流体的量并计算试样件3的渗透流量。
该试验装置的试验方法具体包括如下步骤：
S1.制备带有锚杆31的正方体混凝土试样件3，并对其进行表面的打磨；
S2.将试样件3通过渗流箱1的后侧开口放入渗流箱1内，并使其支撑于垫板16上，同时使锚杆31穿过拉拔孔13连接在拔杆组件上，并安装后推板12；
S3.(请参考图1和图7)控制主机6控制驱动气缸22推动后推板、左推板和右推板移动，并使后推板与左推板、右推板之间留有一定距离的空隙，并在两空隙间分别插入一钢条81，驱动气缸22再次推动后推板，将两钢条81压于左推板、右推板端部，此时钢81条、三个推板2、试样件3三个表面形成一个空腔；
S4.调好防水固化橡胶8，沿后挡板12的内侧将防水橡胶缓缓倒入S3中形成的空腔内，使防水橡胶8充满整个空腔，并没过试件块3；
S5.待防水橡胶8固化后，取出两所述钢条81，驱动气缸22再次推动左、右、后推板，使防水橡胶8侧面受挤压，紧密贴合在试件3表面；并在试样件3上的防水橡胶8上端用刀挖出一个与上推板21上渗透孔矩阵尺寸相同的矩形，再将上侧板11安装在渗流箱1上，同时控制上侧板11上的驱动气缸22推动上推板21下压试样件2上端的防水橡胶8；
S6.连接供压装置5和渗流导管51，并将渗流导管51连接于上推板21上的渗透孔24上；
S7.启动供压装置5加压，试样件3上方的渗透流体渗透穿过试样件3，并流入收集容器4中；
S8.当流入收集容器4内的渗透流体流量稳定后，拔杆组件7拔出锚杆31，混凝土发生变形破坏，记录整个过程锚杆31的应力变形和试样件渗透流体的渗透流量。
本发明的有益效果为:该试验装置在对试样件2进行实验时，通过四个可加压的推板2将试样件压紧于两侧板上，使试样件四个侧面处在一个密封隔水的空间内，从而实现自上而下的渗流加压过程；试样件3的四个侧面与推板之间夹有防水橡胶垫片，进一步加强试样件的封水效果，从而提高试样件3的渗透液流量测试的准确。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (1)
1.一种渗流作用下岩体锚杆拉拔耦合试验装置的试验方法，其特征在于：该试验装置包括渗流箱和渗流加压组件，所述渗流箱为一长方体形的刚性箱体，渗流箱具有六个侧板，分别前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、上侧板和下侧板，其中上侧板和后侧板以可拆卸的方式固定于渗流箱上，所述前侧板上设有一拉拔孔，下侧板上设有一贯穿下侧板的引流孔，渗流箱内设有一试样件和四个推板，试样件上插入有一锚杆，且锚杆穿过渗流箱前侧板上的拉拔孔沿伸出至渗流箱外，四个推板分别为上推板、左推板、右推板和后推板，每一推板连接一驱动气缸，四个驱动气缸分别固定于上侧板、左侧板、右侧板和后侧板上，四个推板分别从四个方向上共同将试样件压紧于下侧板和前侧板上，其中，所述上推板上还设有多个渗透孔，所述渗流加压组件包括一供压装置和一渗流导管，所述渗流导管一端连接于供压装置上，另一端连接于上推板上的渗透孔上；
所述渗流箱底部设有一导流凹槽，所述引流孔位于所述导流凹槽底部；
所述渗流箱内还设有一矩形的垫板，所述垫板上分布有多个通孔；
该试验装置还包括一拔杆组件，所述拔杆组件固定于前侧板上，且拔杆组件与所述试样件上的锚杆相连，所述拔杆组件用于提供拉力，将锚杆试样件上从拔出；
该方法包括如下步骤：
S1.制备带有锚杆的正方体混凝土试样件，并对其进行表面的打磨；
S2.将试样件通过渗流箱的后侧开口放入渗流箱内，并使其支撑于垫板上，同时使锚杆穿过拉拔孔连接在拔杆组件上，并安装后侧板；
S3.控制驱动气缸推动后推板、左推板和右推板移动，并使后推板与左推板、右推板之间留有空隙，并在两空隙间分别插入一钢条，驱动气缸再次推动两后推板，将两钢条压于左推板、右推板端部，此时两钢条、三个推板、试件三个表面之间形成一个空腔；
S4.调好防水固化橡胶，沿后挡板的内侧将防水橡胶缓缓倒入上述空腔内，使防水橡胶充满整个空腔，并没过试件块；
S5.待防水橡胶固化后，取出两所述钢条，驱动气缸再次推动左、右、后推板，使防水橡胶受挤压，紧密贴合在试件表面；并在试样件上的防水橡胶上端用刀挖出一个与上推板上渗透孔矩阵尺寸相同的矩形，再将上侧板安装在渗流箱上，同时控制上侧板上的驱动气缸推动上推板下压试样件上端的防水橡胶；
S6.连接供压装置和渗流导管，并将渗流导管连接于上推板上的渗透孔上；
S7.启动供压装置加压，试样件上方的渗透流体渗透穿过试样件，并流入收集容器中；
S8.当流入收集容器内的渗透流体流量稳定后，控制拔杆组件拔出锚杆，混凝土发生变形破坏，记录整个过程锚杆的应力变形和试样件渗透流体的渗透流量。
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