CN114383947B - 多功能锚固体系动静耦合性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能锚固体系动静耦合性能测试系统。该系统包括动静耦合加载系统（1）、多功能试验平台（2）和控制系统。动静耦合加载系统（1），用于提供静力加载力、动力加载力或者动静耦合加载力；多功能试验平台（2），设置于所述动静耦合加载系统（1）的下侧，用于转换试验平台；以及控制系统，通信连接并控制所述动静耦合加载系统（1）和所述多功能试验平台（2）。该多功能锚固体系动静耦合性能测试系统可以有效检测煤矿等地下工程锚固体系动静加载时的耦合力学性能。

Description

多功能锚固体系动静耦合性能测试系统

技术领域

本发明涉及煤矿地下工程支护技术领域，特别涉及一种多功能锚固体系动静耦合性能测试系统。

背景技术

煤矿等地下工程中锚固体系包括锚杆、锚索、支护网，是常见的组合支护形式，其耦合支护效果是工程安全的保证。随着矿山地下工程深度的增加和施工环境复杂程度的加大，支护系统面临着越来越多的高地应力、强动压扰动影响。因此，锚网动静耦合力学性能的研究显得尤为重要。目前少有测试系统能实现锚网的动静耦合加载。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能锚固体系动静耦合性能测试系统，该多功能锚固体系动静耦合性能测试系统可以有效检测锚固体系动静加载时的耦合力学性能。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种多功能锚固体系动静耦合性能测试系统。该系统包括动静耦合加载系统、多功能试验平台和控制系统。动静耦合加载系统用于提供静力加载力、动力加载力或者动静耦合加载力；多功能试验平台设置于所述动静耦合加载系统的下侧，用于转换试验平台；以及控制系统通信连接并控制所述动静耦合加载系统和所述多功能试验平台。

根据本发明的一实施方式，其中，动静耦合加载系统包括支撑架体、动静加载装置和滑道。支撑架体包括设置于所述支撑架体中部的圆柱体形状的滑柱和设置于所述支撑架体底部的基座；动静加载装置安装于所述支撑架体的上部且沿着所述滑柱上下移动，用于为待测物体提供动加载力和静加载力；以及滑道连接于所述支撑架体以将所述多功能试验平台移入或移出所述支撑架体。

根据本发明的一实施方式，其中，所述支撑架体还包括锚杆吊装板、吊装板支撑柱和油缸承载板，其中，所述锚杆吊装板、所述油缸承载板、和所述基座均为中部开孔的正方体结构，所述滑柱为4个，4个所述滑柱对称固接于所述油缸承载板和所述基座的四个角部，所述吊装板支撑柱也为4个，且对称固接于所述锚杆吊装板的四个角部和所述油缸承载板上。

根据本发明的一实施方式，其中，所述动静加载装置包括气液复合油缸、滑动构件、落锤和可更换式加载头，其中，所述滑动构件套接于4个所述滑柱上以沿着所述滑柱上下移动，所述滑动构件的中间开设有滑动构件中心孔，所述气液复合油缸固接于所述油缸承载板且所述气液复合油缸的下部抵接于所述滑动构件的上表面，所述落锤在外力的作用下沿着所述滑动构件中心孔上下移动，所述更换式加载头可拆卸连接于所述滑动构件的底端。

根据本发明的一实施方式，其中，所述滑道为长方形轨道，其从所述基座向外延伸，所述基座的中部开设有基座通孔以容纳掉落的物品。

根据本发明的一实施方式，其中，所述多功能试验平台包括：锚网耦合试验平台，用于锚杆或锚索连同支护网、试块的动加载、静加载或者动静耦合加载测试；支护网试验平台，用于支护网自身的动加载、静加载或者动静耦合加载测试；拉剪扭试验平台，用于锚杆或锚索的拉伸、剪切和扭转的动加载、静加载或者动静耦合加载测试；以及锚固岩体试验平台，用于锚杆和试块的动加载、静加载或者动静耦合加载测试。

根据本发明的一实施方式，其中，所述锚网耦合试验平台包括装载框架、设置于所述装载框架上侧的吊梁、位于所述装载框架内侧的试块、安装于所述试块下侧的支护网以及找平装置，其中，锚杆依次穿过所述吊梁、所述试块和所述支护网并通过锁具固定于所述吊梁的上表面和所述支护网的下表面以使得所述试块和所述支护网悬吊于所述装载框架内上下移动；所述找平装置在所述锚杆下端固定之前找平所述试块；所述可更换式加载头为圆形加载头，启动气液复合油缸，所述圆形加载头对所述试块施加载荷至预设值后保持所述载荷不变；所述落锤冲击滑动构件，所述圆形加载头冲击所述试块直至所述支护网破裂。

根据本发明的一实施方式，其中，所述支护网试验平台包括支护网装载框架，其中，所述支护网装载框架的内侧为倒凸字形结构，突出部用于放置支护网并通过压条固定于所述突出部；所述可更换式加载头为平形加载头，启动气液复合油缸，所述平形加载头对所述试块施加载荷至预设值后保持所述载荷不变；所述落锤冲击滑动构件，所述平形加载头冲击所述支护网直至所述支护网破裂。

根据本发明的一实施方式，其中，所述拉剪扭试验平台包括拉剪装载框架、设置于所述拉剪装载框架一侧的旋转夹具、设置于所述拉剪装载框架另一侧的固定夹具，以及拉伸油缸，其中，锚杆的外侧套接镶套并塞入钢模中，所述锚杆通过所述拉伸油缸拉伸，拉伸后的所述锚杆的一端通过所述旋转夹具固定，另一端通过所述固定夹具固定，以使得所述旋转夹具和所述固定夹具之间的锚杆垂直于所述落锤且部分悬空；所述可更换式加载头为平形加载头，启动气液复合油缸，所述平形加载头对悬空部分的锚杆施加载荷至预设值后保持所述载荷不变；所述落锤冲击滑动构件，所述平形加载头冲击所述悬空部分的锚杆直至所述悬空部分的锚杆剪断。

根据本发明的一实施方式，其中，所述锚固岩体试验平台包括锚固装载框架、连接于所述锚固装载框架的一侧内壁的锚固平台、连接于所述锚固装载框架的另一侧内壁的反力墙、中空套筒以及锚固油缸，其中，所述反力墙高于所述锚固平台，所述反力墙和所述平台之间间隔有间隙，所述锚固油缸设置于所述锚固平台上，且所述锚固油缸的推杆推动所述中空套筒压靠在所述反力墙上；所述锚固岩体包括锚杆和固接于所述锚杆两端的岩块，所述岩块位于所述中空套筒，且靠近所述反力墙的岩块位于所述间隙的上侧；所述可更换式加载头为平形加载头，启动气液复合油缸，所述平形加载头对位于所述间隙的上侧的岩块施加载荷至预设值后保持所述载荷不变；所述落锤冲击滑动构件，所述平形加载头冲击所述位于所述间隙的上侧的岩块直至剪断。

本发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

本发明的提供一种多功能锚固体系动静耦合性能测试系统。该多功能锚固体系动静耦合性能测试系统包括动静耦合加载系统、多功能试验平台和控制系统。该多功能试验平台包括锚网耦合试验平台、支护网试验平台、拉剪扭试验平台和锚固岩体试验平台。其中四个平台可相互替换在动静耦合加载系统的作用下，能够实现动加载的落锤和实现静加载的气液复合油缸二者先后作用于滑动构件上能够实现对锚杆、锚索、锚网等锚固体系进行拉伸、扭转、剪切等不同组合受力条件下的动静耦合加载。落锤和气液复合油缸合理布局共同作用于同一构件即滑动构架既能够实现动静耦合加载也能分别进行动加载和静加载方便且结构紧凑。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是根据一示例性实施方式示出的一种多功能锚固体系动静耦合性能测试系统的示意图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种锚网耦合试验平台的示意图。

图3是根据一示例性实施方式示出的一种支护网试验平台示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出的一种拉剪扭试验平台的示意图。

图5是根据一示例性实施方式示出的一种锚固岩体试验平台的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、动静耦合加载系统；11、支撑架体；111、滑柱；112、锚杆吊装板；113、吊装板支撑柱；114、油缸承载板；12、动静加载装置；121、气液复合油缸；122、滑动构件；123、落锤；124、可更换式加载头；2、多功能试验平台；21、锚网耦合试验平台；211、装载框架；212、吊梁；213、试块；214、支护网；215、找平装置；22、支护网试验平台；221、支护网装载框架；23、拉剪扭试验平台；231、拉剪装载框架；232、旋转夹具；233、固定夹具；24、锚固岩体试验平台；241、锚固装载框架；242、平台；243、反力墙；244、中空套筒；245、锚固油缸。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

如图1所示，图1示出了本发明提供的一种多功能锚固体系动静耦合性能测试系统的示意图。

本发明实施例的多功能锚固体系动静耦合性能测试系统包括动静耦合加载系统1、多功能试验平台2、和控制系统。动静耦合加载系统1用于提供静力加载力、动力加载力或者动静耦合加载力；多功能试验平台2设置于动静耦合加载系统1的下侧，用于转换试验平台；以及控制系统通信连接并控制动静耦合加载系统1和多功能试验平台2。

其中，动静耦合加载系统1在不借助于多功能试验平台2的情况下可以对锚杆或者锚索实现静力拉伸试验、动力拉伸试验或者动静耦合拉伸试验。多功能试验平台2包括多个可转换平台，每个可转换平台都可以在动静耦合加载系统1的助力下实现动加载、静加载或者动静耦合加载试验。控制系统优选为液压控制系统，其可以电连接或者通信连接各个部件实现对其的控制。

在本发明的一个优选实施例中，动静耦合加载系统1包括支撑架体11、动静加载装置12和滑道。支撑架体11包括设置于支撑架体11中部的圆柱体形状的滑柱111和设置于支撑架体11底部的基座；动静加载装置12安装于支撑架体11的上部且沿着滑柱111上下移动，用于为待测物体提供动加载力和静加载力；以及滑道连接于支撑架体11以将多功能试验平台2移入或移出支撑架体11。

如图1所示，支撑架体11优选为长方体框架结构、正方体框架结构或者其它能够起支撑作用的框架结构。支撑架体11的上部设置动静加载装置12用于提供动加载力和静加载力。动静加载装置12的下部，支撑架体11的底部设置有滑道，由于多功能试验平台2的各个待转换平台相对比较重且较大，因此滑道可以先将多功能试验平台2从支撑架体11的底部移出，然后再借助外力移走，方便快捷。

在本发明的一个优选实施例中，支撑架体11还包括锚杆吊装板112、吊装板支撑柱113和油缸承载板114，其中，锚杆吊装板112、油缸承载板114、和基座均为中部开孔的正方体结构，滑柱111为4个，4个滑柱111对称固接于油缸承载板114和基座的四个角部，吊装板支撑柱113也为4个，且对称固接于锚杆吊装板112的四个角部和油缸承载板114上。

如图1所示，支撑架体11整体上是一个框架。锚杆吊装板112优选为中部正方形开孔的倒棱台形状的盖。油缸承载板114近似为正方体形状，其为网格状，中间也有一个正方形开孔。该油缸承载板114的中部开孔大于锚杆吊装板112的中部开孔但小于锚杆吊装板112。吊装板支撑柱113固定连接锚杆吊装板112的四个角和油缸承载板114的中部开孔的边缘。吊装板支撑柱113优选为4个圆柱体。滑柱111优选为圆柱体。

在本发明的一个优选实施例中，动静加载装置12包括气液复合油缸121、滑动构件122、落锤123、可更换式加载头124，其中，滑动构件122套接于4个滑柱111上以沿着滑柱111上下移动，滑动构件122的中间开设有滑动构件中心孔，气液复合油缸121固接于油缸承载板113且气液复合油缸121的下部在滑动构件122处于初始位置时抵接于滑动构件122的上表面，落锤123在外力的作用下沿着所述滑动构件中心孔上下移动，更换式加载头124可拆卸连接于滑动构件122的底端。

其中，气液复合油缸121优选为2个相对于锚杆吊装板112对称设置于油缸承载板114上。气液复合油缸121的推杆低靠在滑动构件122的上表面从而可以为滑动构件122提供静加载。滑动构件122包括一个与油缸承载板114差不多大的正方体板，正方体板的下部连接一个倒凸字形结构。该滑动构件122的中部是中空的可以允许落锤123在其中上下移动而不与内壁接触。该滑动构件122的最低端是可更换式加载头124，落锤123可以作用于可更换式加载头124从而提供动加载。不工作时，落锤123位于滑动构件中心孔上部。落锤123优选为圆柱体。更换式加载头124可以为圆形加载头或者平形加载头。

在本发明的一个优选实施例中，滑道为长方形轨道，其从基座向外延伸，基座的中部开设有基座通孔以容纳掉落的物品。

如图1所示，滑道为两排滑道以供多功能试验平台转换平台用。基座的中部开设有基座通孔在试验的过程中，有物品掉落时不会飞溅出去而误伤试验人员。

在本发明的一个优选实施例中，多功能试验平台2包括：锚网耦合试验平台21、支护网试验平台22、拉剪扭试验平台23和锚固岩体试验平台24。锚网耦合试验平台21用于锚杆或锚索连同支护网214、试块213的动加载、静加载或者动静耦合加载测试；支护网试验平台22用于支护网214自身的动加载、静加载或者动静耦合加载测试；拉剪扭试验平台23用于锚杆或锚索的拉伸、剪切和扭转的动加载、静加载或者动静耦合加载测试；以及锚固岩体试验平台24，用于锚杆和试块213的动加载、静加载或者动静耦合加载测试。

其中，试块213优选为混凝土试块。锚网耦合试验平台21针对支护网214、锚杆或锚索、混凝土试块的耦合使用，目的就是为了模拟巷道现场情况。真实现场中，我们就使用支护网护表，混凝土是模拟现场的岩石。支护网试验平台22只针对支护网214的使用，目的就是为了检测各类型支护网214的支护性能。比如，钢丝网，腈纶网、纤维网等。其中钢丝网里面也分菱形网、方格网等等。

拉剪扭试验平台23只针对锚杆或锚索的使用，目的就是为了检测各类型锚杆或锚索的支护性能。拉是沿锚杆或锚索的轴向拉伸，剪是用气液复合油缸121或落锤123对其加载完成剪切，扭是利用扭转装置对其施加扭矩。

锚固岩体试验平台24针对锚杆和混凝土试块。锚杆两端用混凝土试块包裹，两混凝土试块中间留有很小的缝隙。左侧混凝土试块放置在架子上，右侧是悬空，左侧有锚固油缸245顶着混凝土试块，右侧混凝土试块紧贴反力墙243。气液复合油缸121或落锤123对右侧悬空的混凝土试块加载，完成剪切。左侧的锚固油缸245加载的作用为满足恒定法向刚度的要求。

在本发明的一个优选实施例中，锚网耦合试验平台21包括装载框架211、设置于装载框架211上侧的吊梁212、位于装载框架211内侧的试块213、安装于试块213下侧的支护网214以及找平装置215，其中，锚杆依次穿过吊梁212、试块213和支护网214并通过锁具固定于吊梁212的上表面和支护网214的下表面以使得试块213和支护网214悬吊于装载框架211内上下移动；找平装置215在锚杆下端固定之前找平试块213；可更换式加载头124为圆形加载头，启动气液复合油缸121，圆形加载头对试块213施加载荷至预设值后保持载荷不变；落锤123冲击滑动构件122，圆形加载头冲击试块213直至支护网214破裂。

如图2所示，装载框架211是通过焊接形成，装载框架211与吊梁212通过螺栓连接。试块213优选为混凝土试块，仅靠锚杆或锚索悬吊，无其他支撑。优选地，支护网214的外侧设置压条，压条优选为正方形框，通过螺栓穿过支护网214、压条拧入混凝土试块，将支护网214固定在混凝土试块下方。找平装置215仅在安装混凝土试块时使用，将找平装置215放置在装载框架211上方，找平装置215下方为平板接触面，让混凝土试块与找平装置215紧密接触，即可保证水平安装。安装混凝土试块的时候也用航吊吊着，操作更加简单。

锚网耦合试验平台21可进行多种试验，包括：锚网静力加载试验、锚网动力加载试验和锚网耦合试验。其中：

锚网静力加载试验：锚杆或锚索吊装在吊梁212上，上端用锁具固定。支护网214与混凝土试块紧密贴合，锚杆或锚索穿过混凝土试块预留孔洞后再穿过支护网214，锚杆或锚索下端用锁具固定前需用找平装置215给混凝土试块找平。混凝土试块上下位置不固定，可上下移动，但四周受装载框架211的约束。进行锚网耦合试验时，选用圆形加载头，启动气液复合油缸121，圆形加载头对混凝土试块持续稳定加载，直至支护网214破裂。

锚网动力加载试验：锚杆或锚索吊装在锚杆吊梁212上，上端用锁具固定。支护网214与混凝土试块紧密贴合，锚杆或锚索穿过混凝土试块预留孔洞后再穿过支护网214，锚杆或锚索下端用锁具固定前需用找平装置215给混凝土找平。提升落锤123，落锤123多次冲击混凝土，直至支护网破裂。

锚网耦合试验：进行锚杆或锚索耦合试验时，需要利用锚网耦合试验平台，试验前进行锚杆或锚索和支护网214的安装，锚杆或锚索依次穿过吊梁212、混凝土试件和支护网214，两端用锁具固定。锚杆或锚索下端锁紧前一定要利用找平装置215进行混凝土试块的找平工作，保证混凝土试块安放水平。准备工作完成后，将锚网耦合试验平台移动至加载头下方，启动气液复合油缸121，圆形加载头对混凝土试块施加到预定值的荷载，保持荷载不变，落锤123冲击滑动构件122，圆形加载头会在保持静力荷载的条件下再次冲击混凝土，直至支护网214破裂。

在本发明的一个优选实施例中，支护网试验平台22包括支护网装载框架221，其中，支护网装载框架221的内侧为倒凸字形结构，突出部用于放置支护网214并通过压条固定于突出部；可更换式加载头124为平形加载头，启动气液复合油缸121，平形加载头对试块213施加载荷至预设值后保持载荷不变；落锤123冲击滑动构件122，平形加载头冲击支护网214直至支护网214破裂。

如图3所示，支护网装载框架221是通过焊接形成。支护网装载框架221圆筒形状框架，突出部为压条安置处。将支护网214平铺开，四周边缘放置在圆环形突出部上，再用压条压紧，压条用螺栓安装。压条为圆环形状压条。

支护网试验平台22可进行多种试验，包括：支护网静力加载试验、支护网动力加载试验和支护网动静耦合试验。其中：

支护网静力加载试验：单独进行支护网214的力学性能测试时，需要利用支护网试验平台22，试验前将支护网214铺设在突出部上，通过压条将支护网紧密压在支护网装载框架221上。支护网试验平台22通过滑道从转换平台移动至加载头下方，利用气液复合油缸121对支护网214加载，直至支护网214破裂。

支护网动力加载试验：单独进行支护网214的力学性能测试时，需要利用支护网试验平台22，试验前将支护网214铺设在突出部上，通过压条将支护网214紧密压在支护网装载框架221上。支护网试验平台22通过滑道从转换平台移动至加载头下方，提升落锤123后释放，落锤123多次冲击支护网214，直至支护网214破裂。

支护网动静耦合试验：将支护网214平铺在支护网试验平台22上，用压条将支护网214的四周压实。试验时，启动气液复合油缸121，平型加载头向下顶支护网214，气液复合油缸121对支护网214施加一定值荷载后保持不变。落锤123提升至规定高度后释放，平型加载头冲击支护网214。落锤123多次冲击，直至支护网214发生破裂。

在本发明的一个优选实施例中，拉剪扭试验平台23包括拉剪装载框架231、设置于拉剪装载框架231一侧的旋转夹具232、设置于拉剪装载框架231另一侧的固定夹具233，以及拉伸油缸，其中，锚杆的外侧套接镶套并塞入钢模中，锚杆通过拉伸油缸拉伸，拉伸后的锚杆的一端通过旋转夹具232固定，另一端通过固定夹具233固定，以使得旋转夹具232和固定夹具233之间的锚杆垂直于落锤123且部分悬空；可更换式加载头124为平形加载头，启动气液复合油缸121，平形加载头对悬空部分的锚杆施加载荷至预设值后保持所述载荷不变；落锤123冲击滑动构件122，平形加载头冲击悬空部分的锚杆直至悬空部分的锚杆剪断。

如图4所示，拉剪装载框架231是通过焊接形成。拉剪装载框架231的下部可以是铁架子也可以是混凝土。其作用主要为了可以支撑锚杆左右两侧包裹的混凝土，混凝土外围是钢模，避免加载时混凝土被压碎。动静加载时都是悬空的锚杆（21）加载。

拉剪扭试验平台23可进行多种试验，包括：锚杆或锚索静力加载试验、锚杆或锚索动力加载试验和锚杆或锚索动静耦合试验。其中：

锚杆或锚索静力剪切试验：进行锚杆或锚索静力剪切试验时，不同直径的锚杆或锚索选用不同的镶套，将带有镶套部分的锚杆或锚索塞入预制的钢模中，将锚杆或锚索一端利用锚杆固定夹具233夹紧并锚固，另一端利用旋转夹具232施加一定的张拉预应力并锚固。启动气液复合油缸121，滑动构件122下方的平型加载头会持续向下推进锚杆或锚索，直至锚杆或锚索被剪断。

锚杆或锚索动力剪切试验：进行锚杆或锚索动力剪切试验时，锚杆或锚索的锚固形式与静力剪切试验时一致。落锤123通过卷扬机提升至规定高度后释放，落锤123冲击滑动构件122，滑动构件122带动平形加载头冲击锚杆或锚索，多次冲击直至锚杆或锚索被剪断。

锚杆或锚索动静耦合剪切试验：试验时，不同直径的锚杆或锚索选用不同的镶套，带有镶套部分的锚杆或锚索会塞入预制的钢模中，将锚杆或锚索一端利用锚杆固定夹具233夹紧并锚固，另一端利用旋转夹具232施加一定的张拉预应力并锚固。启动气液复合油缸121，滑动构件122下方的平形加载头对锚杆或锚索加载至预定值，气液复合油缸121不卸力。落锤123被提升至规定高度后释放，平型加载头冲击锚杆或锚索，多次冲击直至锚杆或锚索被剪断。

在本发明的一个优选实施例中，锚固岩体试验平台24包括锚固装载框架241、连接于锚固装载框架241的一侧内壁的锚固平台242、连接于锚固装载框架241的另一侧内壁的反力墙243、中空套筒244以及锚固油缸245，其中，反力墙243高于锚固平台242，反力墙243和锚固平台242之间间隔有间隙，锚固油缸245置于锚固平台242上，且锚固油缸245的推杆推动中空套筒244压靠在反力墙243上；锚固岩体包括锚杆和固接于锚杆两端的岩块，岩块位于中空套筒244，且靠近反力墙243的岩块位于间隙的上侧；可更换式加载头124为平形加载头，启动气液复合油缸121，平形加载头对位于间隙的上侧的岩块施加载荷至预设值后保持载荷不变；落锤123冲击滑动构件122，平形加载头冲击位于间隙的上侧的岩块直至剪断。

如图5所示，锚固装载框架241是通过焊接形成。图中锚固平台242可以是铁架子也可以是混凝土。锚固油缸245安置在锚固平台242上。反力墙243与右侧岩块接触的面安装摩擦力小的板材，减小摩擦力。左右岩块都被中空套筒244包围。左右侧岩块加上锚杆构成锚固岩体，动静加载时都是对右侧岩块加载。

锚固岩体试验平台24可进行多种试验，包括：锚固岩体静力剪切试验、锚固岩体动力剪切试验和锚固岩体动静耦合剪切试验，其中，

锚固岩体静力剪切试验：进行锚固岩体静力剪切试验时，锚杆两端锚固，岩块通过夹板夹紧，同时该岩块被锚固油缸245施加轴向压力，另一端岩块受锚固油缸245压力会紧靠在反力墙243上。启动气液复合油缸121，滑动构件122下方的平型加载头持续推进岩块上方的加载板，直至锚杆被剪断。

锚固岩体动力剪切试验：进行锚固岩体动力剪切试验时，锚杆的锚固形式与锚固岩体静力剪切试验时一致，岩块同样被夹板夹紧，同时该岩块被锚固油缸245施加轴向压力，另一端岩块受锚固油缸245压力会紧靠在反力墙243上。落锤123提升后释放，做自由落体运动，平形加载头冲击夹板，多次冲击直至锚杆被剪断。

锚固岩体动静耦合剪切试验：锚杆两端锚固，一端岩块被夹板夹紧，同时该岩块被锚固油缸245施加轴向压力，另一端岩块受锚固油缸245压力会紧靠在反力墙243上。试验时，更换平形加载头，将锚固岩体试验平台24移至落锤123下方。启动气液复合油缸121，对反力墙243侧的岩块加载一定值后不卸力，提升落锤123后释放，落锤123冲击岩块，多次冲击，直至锚杆被剪断。

此外，动静耦合加载系统可直接进行多种试验，包括：静力拉伸试验、动力拉伸试验和锚杆或锚索动静耦合拉伸试验。其中，

锚杆或锚索静力拉伸试验：锚杆或锚索穿过锚杆吊装板112和油缸承载板114的中心孔洞，锚杆或锚索上端用锁具固定在锚杆吊装板112上，下端用锁具锁紧。试验时，不使用试验平台，滑动构件122下方的可更换式加载头124选择平形加载头。气液复合油缸121推进滑动构件122，平形加载头跟随滑动构件122沿圆形滑柱111向下移动，平形加载头会对锚杆或锚索持续稳定加载，直至锚杆或锚索被拉断。

锚杆或锚索动力拉伸试验：锚杆或锚索穿过落锤123和滑动构件122，上端用锁具固定在锚杆吊装板112上，下端用锁具锁紧。试验时，滑动构件122下方的可更换式加载头124选择平形加载头，利用落锤123提升装置将落锤123提升至规定高度后释放，落锤123沿着滑动构件中心孔穿过油缸承载板114后冲击滑动构件122，滑动构件122带动平形加载头冲击锚杆或锚索，多次冲击，直至锚杆或锚索断裂。

锚杆或锚索动静耦合拉伸试验：气液复合油缸121通过螺栓固定在油缸承载板114上，气液复合油缸121可推动滑动构件122向下运动，锚杆或锚索上端用锁具固定在锚杆吊装板114上，下端用锁具锁紧。启动气液复合油缸121，滑动构件122受气液复合油缸121的推力下移，平形加载头跟随滑动构件122向下移动，平形加载头会对锚杆或锚索下端的可更换式加载头124持续稳定加载至方案预定值，气液复合油缸121保持该荷载不变。利用落锤123提升装置将落锤123提升至规定高度后释放，落锤123冲击滑动构件122，滑动构件122带动平形加载头冲击锚杆或锚索，多次冲击，直至锚杆或锚索被拉断。

本发明的多功能锚固体系动静耦合性能测试系统可实现如下效果：

该多功能锚固体系动静耦合性能测试系统包括动静耦合加载系统1、多功能试验平台2和控制系统。该多功能试验平台2包括锚网耦合试验平台21、支护网试验平台22、拉剪扭试验平台23和锚固岩体试验平台24。其中四个平台可相互替换在动静耦合加载系统1的作用下，能够实现动加载的落锤123和实现静加载的气液复合油缸121二者先后作用于滑动构件122上能够实现对锚杆、锚索、锚网等锚固体系进行拉伸、扭转、剪切等不同组合受力条件下的动静耦合加载。落锤123和气液复合油缸121合理布局共同作用于同一构件即滑动构架122既能够实现动静耦合加载也能分别进行动加载和静加载方便且结构紧凑。

在本发明实施例中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，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。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实施例中的具体含义。

本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明实施例的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一个优选实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明实施例的优选实施例而已，并不用于限制本发明实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多功能锚固体系动静耦合性能测试系统，其特征在于，包括：

动静耦合加载系统（1），用于提供静力加载力、动力加载力或者动静耦合加载力；

多功能试验平台（2），设置于所述动静耦合加载系统（1）的下侧，用于转换试验平台；以及

控制系统，通信连接并控制所述动静耦合加载系统（1）和所述多功能试验平台（2）；

其中，所述多功能试验平台（2）包括：

锚网耦合试验平台（21），用于锚杆或锚索连同支护网（214）、试块（213）的动加载、静加载或者动静耦合加载测试；

支护网试验平台（22），用于支护网（214）自身的动加载、静加载或者动静耦合加载测试；

拉剪扭试验平台（23），用于锚杆或锚索的拉伸、剪切和扭转的动加载、静加载或者动静耦合加载测试；以及

锚固岩体试验平台（24），用于锚杆和试块（213）的动加载、静加载或者动静耦合加载测试。

2.根据权利要求1所述的多功能锚固体系动静耦合性能测试系统，其特征在于，所述动静耦合加载系统（1）包括：

支撑架体（11），包括设置于所述支撑架体（11）中部的圆柱体形状的滑柱（111）和设置于所述支撑架体（11）底部的基座；

动静加载装置（12），安装于所述支撑架体（11）的上部且沿着所述滑柱（111）上下移动，用于为待测物体提供动加载力和静加载力；以及

滑道，连接于所述支撑架体（11）以将所述多功能试验平台（2）移入或移出所述支撑架体（11）。

3.根据权利要求2所述的多功能锚固体系动静耦合性能测试系统，其特征在于，所述支撑架体（11）还包括锚杆吊装板（112）、吊装板支撑柱（113）和油缸承载板（114），其中，所述锚杆吊装板（112）、所述油缸承载板（114）、和所述基座均为中部开孔的正方体结构，所述滑柱（111）为4个，4个所述滑柱（111）对称固接于所述油缸承载板（114）和所述基座的四个角部，所述吊装板支撑柱（113）也为4个，且对称固接于所述锚杆吊装板（112）的四个角部和所述油缸承载板（114）上。

4.根据权利要求3所述的多功能锚固体系动静耦合性能测试系统，其特征在于，所述动静加载装置（12）包括气液复合油缸（121）、滑动构件（122）、落锤（123）和可更换式加载头（124），其中，所述滑动构件（122）套接于4个所述滑柱（111）上以沿着所述滑柱（111）上下移动，所述滑动构件（122）的中间开设有滑动构件中心孔，所述气液复合油缸（121）固接于所述油缸承载板（114）且所述气液复合油缸（121）的下部抵接于所述滑动构件（122）的上表面，所述落锤（123）在外力的作用下沿着所述滑动构件中心孔上下移动，所述可更换式加载头（124）可拆卸连接于所述滑动构件（122）的底端。

5.根据权利要求2所述的多功能锚固体系动静耦合性能测试系统，其特征在于，所述滑道为长方形轨道，其从所述基座向外延伸，所述基座的中部开设有基座通孔以容纳掉落的物品。

6.根据权利要求4所述的多功能锚固体系动静耦合性能测试系统，其特征在于，所述锚网耦合试验平台（21）包括装载框架（211）、设置于所述装载框架（211）上侧的吊梁（212）、位于所述装载框架（211）内侧的试块（213）、安装于所述试块（213）下侧的支护网（214）以及找平装置（215），

其中，锚杆依次穿过所述吊梁（212）、所述试块（213）和所述支护网（214）并通过锁具固定于所述吊梁（212）的上表面和所述支护网（214）的下表面以使得所述试块（213）和所述支护网（214）悬吊于所述装载框架（211）内上下移动；

所述找平装置（215）在所述锚杆下端固定之前找平所述试块（213）；

所述可更换式加载头（124）为圆形加载头，启动气液复合油缸（121），所述圆形加载头对所述试块（213）施加载荷至预设值后保持所述载荷不变；

所述落锤（123）冲击滑动构件（122），所述圆形加载头冲击所述试块（213）直至所述支护网（214）破裂。

7.根据权利要求4所述的多功能锚固体系动静耦合性能测试系统，其特征在于，所述支护网试验平台（22）包括支护网装载框架（221），

其中，所述支护网装载框架（221）的内侧为倒凸字形结构，突出部用于放置支护网（214）并通过压条固定于所述突出部；

所述可更换式加载头（124）为平形加载头，启动气液复合油缸（121），所述平形加载头对所述试块（213）施加载荷至预设值后保持所述载荷不变；

所述落锤（123）冲击滑动构件（122），所述平形加载头冲击所述支护网（214）直至所述支护网（214）破裂。

8.根据权利要求4所述的多功能锚固体系动静耦合性能测试系统，其特征在于，所述拉剪扭试验平台（23）包括拉剪装载框架（231）、设置于所述拉剪装载框架（231）一侧的旋转夹具（232）、设置于所述拉剪装载框架（231）另一侧的固定夹具（233），以及拉伸油缸，

其中，锚杆的外侧套接镶套并塞入钢模中，所述锚杆通过所述拉伸油缸拉伸，拉伸后的所述锚杆的一端通过所述旋转夹具（232）固定，另一端通过所述固定夹具（233）固定，以使得所述旋转夹具（232）和所述固定夹具（233）之间的锚杆垂直于所述落锤（123）且部分悬空；

所述可更换式加载头（124）为平形加载头，启动气液复合油缸（121），所述平形加载头对悬空部分的锚杆施加载荷至预设值后保持所述载荷不变；

所述落锤（123）冲击滑动构件（122），所述平形加载头冲击所述悬空部分的锚杆直至所述悬空部分的锚杆剪断。

9.根据权利要求4所述的多功能锚固体系动静耦合性能测试系统，其特征在于，所述锚固岩体试验平台（24）包括锚固装载框架（241）、连接于所述锚固装载框架（241）的一侧内壁的锚固平台（242）、连接于所述锚固装载框架（241）的另一侧内壁的反力墙（243）、中空套筒（244）以及锚固油缸（245），

其中，所述反力墙（243）高于所述锚固平台（242），所述反力墙（243）和所述锚固平台（242）之间间隔有间隙，所述锚固油缸（245）设置于所述锚固平台（242）上，且所述锚固油缸（245）的推杆推动所述中空套筒（244）压靠在所述反力墙（243）上；

所述锚固岩体包括锚杆和固接于所述锚杆两端的岩块，所述岩块位于所述中空套筒（244），且靠近所述反力墙（243）的岩块位于所述间隙的上侧；

所述可更换式加载头（124）为平形加载头，启动气液复合油缸（121），所述平形加载头对位于所述间隙的上侧的岩块施加载荷至预设值后保持所述载荷不变；

所述落锤（123）冲击滑动构件（122），所述平形加载头冲击所述位于所述间隙的上侧的岩块直至剪断。

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