CN114563273A - 锚杆组合受力性能测试系统及评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锚杆组合受力性能测试系统及评价方法。该锚杆组合受力性能测试系统包括固定组件、拉伸施加组件、剪切施加组件、扭矩施加组件以及监测元件。所述拉伸施加组件包括用于对所述锚杆主体施加拉伸力的拉伸加载油缸，所述剪切施加组件用于对所述锚杆主体分别施加静剪切力和动剪切力；所述扭矩施加组件包括用于对所述锚杆主体施加扭矩的旋转马达；所述监测元件连接于所述锚杆主体，以对所述锚杆主体受到的拉伸、剪切和扭转进行监测。该锚杆组合受力性能测试系统能够模拟现场施工过程中锚杆主体所遇到的高应力环境下，分别对锚杆主体施加动载荷、静载荷或动静耦合载荷，准确有效的测试及评价锚杆主体的组合受力性能。

Description

锚杆组合受力性能测试系统及评价方法
技术领域
本发明涉及地下工程技术领域，特别涉及一种锚杆组合受力性能测试系统及评价方法。
背景技术
锚杆作为一种常见的地下工程锚固支护材料，在煤矿巷道、隧道等工程现场围岩中受到多种外力的共同作用，包括轴向拉力、剪切力以及扭转力。明确锚杆等锚固支护材料的组合受力特性，是该类支护材料参数设计的基础。
现有技术的锚杆综合测试评价系统和方法存在以下问题：锚杆综合测试系统多为单一受力测试，对应的测试与评价方法也是围绕单一受力进行分析，锚固支护材料的组合受力性能测试较为缺乏；当前锚杆测试与评价方法主要依据静力测试或动力测试，依据动静耦合加载的测试测试方法较为缺乏；锚杆组合受力性能评价方法较为缺乏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锚杆组合受力性能测试系统，该锚杆组合受力性能测试系统能够模拟现场施工过程中锚杆主体所遇到的高应力环境下，分别对锚杆主体施加动载荷、静载荷或动静耦合载荷，准确有效的测试及评价锚杆主体的组合受力性能。
本发明的目的还在于提供一种锚杆组合受力性能评价方法。
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，提供了一种锚杆组合受力性能测试系统，应用于锚杆主体的组合受力性能测试，所述锚杆组合受力性能测试系统包括固定组件、拉伸施加组件、剪切施加组件、扭矩施加组件以及监测元件。所述固定组件连接于所述锚杆主体；所述拉伸施加组件包括拉伸加载油缸，所述拉伸加载油缸连接于所述锚杆主体的一端，用于对所述锚杆主体施加拉伸力；所述剪切施加组件用于对所述锚杆主体分别施加静剪切力和动剪切力；所述扭矩施加组件包括旋转马达，所述旋转马达设置于所述锚杆主体远离所述拉伸加载油缸的一端，用于对所述锚杆主体施加扭矩；所述监测元件连接于所述锚杆主体，以对所述锚杆主体受到的拉伸、剪切和扭转进行监测。
根据本发明的一实施方式，其中，所述剪切施加组件包括静力剪切油缸、静力加载管和落锤冲击体，所述静力加载管垂直于所述锚杆主体且与所述静力剪切油缸连接，以对所述锚杆主体施加静剪切力，所述落锤冲击体套设于所述静力加载管，以对所述锚杆主体施加动剪切力。
根据本发明的一实施方式，其中，所述剪切施加组件还包括复合加载头和移动剪切体，所述锚杆主体的中段穿过所述移动剪切体，所述复合加载头连接于所述静力加载管远离所述静力剪切油缸的一端，以使所述落锤冲击体和所述静力加载管通过所述复合加载头对所述锚杆主体分别施加动剪切力和静剪切力。
根据本发明的一实施方式，其中，所述剪切施加组件还包括分别设置于所述移动剪切体两侧的第一固定剪切体和第二固定剪切体，所述锚杆主体依次穿过所述第一固定剪切体、所述移动剪切体和所述第二固定剪切体。
根据本发明的一实施方式，其中，所述固定组件包括液压夹具和防转装置，所述液压夹具分别设置于所述锚杆主体的两端，所述防转装置设置于所述锚杆主体远离所述旋转马达的一端。
根据本发明的另一方面，提供了一种锚杆组合受力性能评价方法，包括：选取三个锚杆主体截取至测试所需的长度开始测试，设定停止测试的预设条件；将第一个锚杆主体连接于测试平台上，并对锚杆主体施加恒定的扭矩和拉伸力，启动静力剪切油缸持续对所述锚杆主体施加静剪切力，直至所述锚杆主体达到预设条件，记录静力加载条件下的断面收缩率
Figure 271180DEST_PATH_IMAGE001
、扭矩M1、静剪切力FS-1和位移x1；将第二个锚杆主体连接于测试平台上，并对锚杆主体施加恒定的扭矩和拉伸力，启动落锤冲击体持续对所述锚杆主体施加动剪切力，直至所述锚杆主体达到预设条件，记录动力加载条件下的断面收缩率
Figure 77462DEST_PATH_IMAGE002
、扭矩M2、动剪切力Fd-1和位移x2；将第三个锚杆主体连接于测试平台上，并对锚杆主体施加恒定的扭矩和拉伸力，启动静力剪切油缸持续对所述锚杆主体施加静剪切力，同时启动落锤冲击体持续对所述锚杆主体施加动剪切力，直至所述锚杆主体达到预设条件，记录动静耦合加载条件下的断面收缩率
Figure 986512DEST_PATH_IMAGE003
、扭矩M3、静剪切力FS-2、动剪切力Fd-2、位移x3；设定锚杆主体的断面收缩率指标Q，将断面收缩率
Figure 852837DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 847338DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 457311DEST_PATH_IMAGE006
分别与断面收缩率指标Q比较，以判断是否重新进行测试；设定锚杆主体的扭矩指标M，将扭矩M1、M2、M3分别与扭矩指标M比较，并计算扭矩M1、M2、M3的平均值M平，以判断是否重新进行测试；设定锚杆主体的静力指标S和动力指标D，将静剪切力FS-1、FS-2与静力指标S比较，动剪切力Fd-1、Fd-2与动力指标D比较，并计算FS-1、FS-2、Fd-1、Fd-2的平均值F平，以判断是否重新进行测试；设定锚杆主体的位移指标X，将位移x1、x2、x3与位移指标X比较，并计算位移x1、x2、x3的平均值X平，以判断是否重新进行测试；以及根据公式
Figure 486447DEST_PATH_IMAGE007
计算得出评价值P，并判断评价值P属于优、较好和一般中的哪个区段。
根据本发明的一实施方式，其中，设定锚杆主体的断面收缩率指标Q，将断面收缩率
Figure 523673DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 739891DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 153554DEST_PATH_IMAGE010
分别与断面收缩率指标Q比较，以判断是否重新进行测试包括；若断面收缩率
Figure 771618DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 979745DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 683259DEST_PATH_IMAGE003
中任一个大于断面收缩率指标Q时，返回重新选取三个锚杆主体截取至测试所需的长度开始测试。
根据本发明的一实施方式，其中，设定锚杆主体的扭矩指标M，将扭矩M1、M2、M3分别与扭矩指标M比较，并计算扭矩M1、M2、M3的平均值M平，以判断是否重新进行测试包括：若扭矩M1、M2、M3中任一个小于扭矩指标M时，返回重新选取三个锚杆主体截取至测试所需的长度开始测试；若扭矩M1、M2、M3同时大于等于扭矩指标M时，计算扭矩M1、M2、M3的平均值M平。
根据本发明的一实施方式，其中，设定锚杆主体的静力指标S和动力指标D，将静剪切力FS-1、FS-2与静力指标S比较，动剪切力Fd-1、Fd-2与动力指标D比较，并计算FS-1、FS-2、Fd-1、Fd-2的平均值F平，以判断是否重新进行测试包括：若静剪切力FS-1、FS-2中任一个小于静力指标S或动剪切力Fd-1、Fd-2中任一个小于动力指标D时，返回重新选取三个锚杆主体截取至测试所需的长度开始测试；若静剪切力FS-1、FS-2同时大于等于静力指标S，且动剪切力Fd-1、Fd-2同时大于等于动力指标D时，计算剪切力FS-1、FS-2、Fd-1、Fd-2的平均值F平，并将F平与现场受力F现进行比较；若F平小于现场受力F现时，返回重新选取三个锚杆主体截取至测试所需的长度开始测试。
根据本发明的一实施方式，其中，设定锚杆主体的位移指标X，将位移x1、x2、x3与位移指标X比较，并计算位移x1、x2、x3的平均值X平，以判断是否重新进行测试包括：若位移x1、x2、x3中任一个小于位移指标X时，返回重新选取三个锚杆主体截取至测试所需的长度开始测试；若位移x1、x2、x3同时大于等于位移指标X时，计算位移x1、x2、x3的平均值X平，并将X平与现场允许位移量X现进行比较；若X平大于现场允许位移量X现，返回重新选取三个锚杆主体截取至测试所需的长度开始测试。
本发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：
本发明的锚杆组合受力性能测试系统通过拉伸施加组件对锚杆主体施加拉伸力，扭矩施加组件对锚杆主体施加扭矩，可以模拟现场施工过程中锚杆主体所遇到的高应力环境，启动落锤冲击体对锚杆主体施加动载荷、启动静力剪切油缸对锚杆主体施加静载荷、或同时启动落锤冲击体和静力剪切油缸对锚杆主体施加动静耦合载荷，准确有效的测试及评价锚杆主体的组合受力性能，通过在第一固定剪切体和第二固定剪切体之间设置移动剪切体，锚杆主体依次穿过第一固定剪切体、移动剪切体和第二剪切体，当落锤冲击体或静力剪切油缸对锚杆主体施加剪切力时，可以在锚杆主体上的第一固定剪切体和移动剪切体之间的位置、以及移动剪切体和第二固定剪切体之间的位置形成双剪切，保证剪切力测试的准确性，避免了单剪切时形成S形弯折而剪不断的情况。
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锚杆组合受力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杆组合受力性能评价方法的流程图。
其中，附图标记说明如下：
1、固定组件；11、液压夹具；12、防转装置；2、拉伸加载油缸；3、剪切施加组件；31、静力剪切油缸；32、静力加载管；33、落锤冲击体；34、复合加载头；35、移动剪切体；36、第一固定剪切体；37、第二固定剪切体；4、旋转马达；51、扭矩传感器；52、剪力传感器；53、拉力传感器；6、锚杆主体；7、顶板支架；8、测试平台。
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至图2所示，图1示出了本发明提供的一种锚杆组合受力性能测试系统的示意图。图2示出了本发明提供的一种锚杆组合受力性能评价方法的流程图。
本发明实施例的锚杆组合受力性能测试系统，应用于锚杆主体6的组合受力性能测试，锚杆组合受力性能测试系统包括固定组件1、拉伸施加组件、剪切施加组件3、扭矩施加组件以及监测元件。固定组件1连接于锚杆主体6；拉伸施加组件包括拉伸加载油缸2，拉伸加载油缸2连接于锚杆主体6的一端，用于对锚杆主体6施加拉伸力；剪切施加组件3用于对锚杆主体6分别施加静剪切力和动剪切力；扭矩施加组件包括旋转马达4，旋转马达4设置于锚杆主体6远离拉伸加载油缸2的一端，用于对锚杆主体6施加扭矩；监测元件连接于锚杆主体6，以对锚杆主体6受到的拉伸、剪切和扭转进行监测。
其中，固定组件1用于将锚杆主体6连接于测试平台8上，且在对锚杆主体6施加拉伸力和扭矩时帮助稳定锚杆主体6，防止锚杆主体6跑偏或发生旋转，监测元件包括扭矩传感器51、剪力传感器52和拉力传感器53，其中扭矩传感器51和拉力传感器53分别连接于锚杆主体6上，剪力传感器52设置于剪切施加组件3上，根据现场获得的数据得出锚杆主体6所需要承受的拉伸力和扭转力，锚杆主体6的左右两侧分别与固定组件1的液压夹具11连接，通过旋转马达4连接于右侧的液压夹具11对锚杆主体6施加扭矩，锚杆主体6的左侧通过固定组件1的防转装置12固定，通过设置于锚杆主体6上的扭矩传感器51实时调控，可以对锚杆主体6施加与现场数据扭转力，然后固定锚杆的右端不动，拉伸加载油缸2连接于左侧的液压夹具11，通过设置于锚杆主体6上的拉力传感器53实时调控，从而对锚杆的左端施加与现场数据拉伸力，然后固定锚杆主体6左侧的液压夹具11，使锚杆主体6始终受到恒定的拉伸力和扭转力，测试过程中通过剪切施加组件3或给锚杆主体6单独施加动剪切力或静剪切力，或给锚杆施加动静耦合的剪切力，通过设置于剪切施加组件3上的剪力传感器52持续监测锚杆主体6所受的剪切力，同时在锚杆主体6的前方架设高速摄像机，持续监测锚杆主体6的变形量，直到锚杆主体6断裂或达到预设变形量，停止测试。
在本发明的一个优选实施例中，剪切施加组件3包括静力剪切油缸31、静力加载管32和落锤冲击体33，静力加载管32垂直于锚杆主体6且与静力剪切油缸31连接，以对锚杆主体6施加静剪切力，落锤冲击体33套设于静力加载管32，以对锚杆主体6施加动剪切力。
如图1所示，静力剪切油缸31的缸体通过顶板支架7连接于测试平台8上，静力剪切油缸31的缸杆与静力加载管32连接，落锤冲击体33中间开孔，静力加载管32穿过落锤冲击体33中间的孔位，当需要对锚杆主体6施加静剪切力时，落锤冲击体33通过电磁铁或其他一些方式固定于顶板支架7上，启动静力剪切油缸31，使其缸杆推动静力加载管32即可对锚杆主体6施加恒定的静剪切力，当需要对锚杆主体6施加动剪切力时，不启动静力剪切油缸31，使静力加载管32不对锚杆主体6施加静剪切力，而放开落锤冲击体33，使落锤冲击体33下落给锚杆主体6提供动剪切力，当需要对锚杆主体6施加动静耦合的剪切力时，则同时启动静力剪切油缸31和放开落锤冲击体33，同时对锚杆主体6施加动剪切力和静剪切力。
在本发明的一个优选实施例中，剪切施加组件3还包括复合加载头34和移动剪切体35，锚杆主体6的中段穿过移动剪切体35，复合加载头34连接于静力加载管32远离静力剪切油缸31的一端，以使落锤冲击体33和静力加载管32通过复合加载头34对锚杆主体6分别施加动剪切力和静剪切力。
如图1所示，复合加载头34设置于静力加载管32的底部，静力加载管32和落锤冲击体33均通过复合加载头34和移动剪切体35对锚杆主体6施加静剪切力和动剪切力，同时锚杆主体6穿过移动剪切体35，移动剪切体35为长方体或正方体等规则立体结构，使得复合加载头34与移动剪切体35在进行剪切力加载过程中保持稳定的接触面，使得剪切施加组件3在对锚杆主体6不管是施加动剪切力还是静剪切力均可以保持锚杆主体6的稳定受力。
优选地，剪力传感器52包括动力传感器和静力传感器 ，其中动力传感器设置于复合加载头34的顶部，当落锤冲击体33下落冲击复合加载头34时可以实时监测动剪切力，静力传感器设置于复合加载头34的底部，当静力加载管32对锚杆主体6进行持续的静剪切力加载时可以实时监测静剪切力。剪力传感器52还可以是二维力传感器，在锚杆主体6的一侧设置1mm至2mm深度的凹槽，将二维力传感器设置于凹槽内，还可以是直接将二维传感器贴附于锚杆主体6的表面，同步监测动剪切力和静剪切力。
在本发明的一个优选实施例中，剪切施加组件3还包括分别设置于移动剪切体35两侧的第一固定剪切体36和第二固定剪切体37，锚杆主体6依次穿过第一固定剪切体36、移动剪切体35和第二固定剪切体37。
如图1所示，锚杆主体6由左至右依次穿过第一固定剪切体36、移动剪切体35和第二固定剪切体37，第一固定剪切体36和第二固定剪切体37固定于测试平台8上，通过复合加载头34对移动剪切体35施加动剪切力和静剪切力，高速摄像机对移动剪切体35的变形量进行持续监测，比监测锚杆主体6更加直观，同时将移动剪切体35设置于第一固定剪切体36和第二固定剪切体37时间，当复合加载头34对移动剪切体35施加剪切力时，在锚杆主体6上形成双剪切，相较于单剪切而言，双剪切不会出现单剪切所产生的S形弯折而剪不断的现象，更好的展现锚杆主体6的抗剪性能，使得测试的数据更加准确。
在本发明的一个优选实施例中，固定组件1包括液压夹具11和防转装置12，液压夹具11分别设置于锚杆主体6的两端，防转装置12设置于锚杆主体6远离旋转马达4的一端。
如图1所示，液压夹具11分别设置于锚杆主体6的左右两端，拉伸加载油缸2通过左侧的液压夹具11连接锚杆主体6，使得液压夹具11可以保证锚杆主体6能被拉伸加载油缸2有效施加拉伸力，旋转马达4通过右侧的液压夹具11连接锚杆主体6，锚杆主体6的左侧连接防转装置12，右侧的液压夹具11和左侧的防转装置12可以保证锚杆主体6能被旋转马达4有效施加扭转力。
本发明实施例的一种锚杆组合受力性能评价方法，包括：
S1：选取三个锚杆主体6截取至测试所需的长度开始测试，设定停止测试的预设条件；
S2：将第一个锚杆主体6连接于测试平台8上，并对锚杆主体6施加恒定的扭矩和拉伸力，启动静力剪切油缸31持续对锚杆主体6施加静剪切力，直至锚杆主体6达到预设条件，记录静力加载条件下的断面收缩率
Figure 369455DEST_PATH_IMAGE011
、扭矩M1、静剪切力FS-1和位移x1；
S3：将第二个锚杆主体6连接于测试平台8上，并对锚杆主体6施加恒定的扭矩和拉伸力，启动落锤冲击体33持续对锚杆主体6施加动剪切力，直至锚杆主体6达到预设条件，记录动力加载条件下的断面收缩率
Figure 373183DEST_PATH_IMAGE012
、扭矩M2、动剪切力Fd-1和位移x2；
S4：将第三个锚杆主体6连接于测试平台8上，并对锚杆主体6施加恒定的扭矩和拉伸力，启动静力剪切油缸31持续对锚杆主体6施加静剪切力，同时启动落锤冲击体33持续对锚杆主体6施加动剪切力，直至锚杆主体6达到预设条件，记录动静耦合加载条件下的断面收缩率
Figure 752212DEST_PATH_IMAGE010
、扭矩M3、静剪切力FS-2、动剪切力Fd-2、位移x3；
S5：设定锚杆主体6的断面收缩率指标Q，将断面收缩率
Figure 943022DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 432909DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 759985DEST_PATH_IMAGE014
分别与断面收缩率指标Q比较，以判断是否重新进行测试；
S6：设定锚杆主体6的扭矩指标M，将扭矩M1、M2、M3分别与扭矩指标M比较，并计算扭矩M1、M2、M3的平均值M平，以判断是否重新进行测试；
S7：设定锚杆主体6的静力指标S和动力指标D，将静剪切力FS-1、FS-2与静力指标S比较，动剪切力Fd-1、Fd-2与动力指标D比较，并计算FS-1、FS-2、Fd-1、Fd-2的平均值F平，以判断是否重新进行测试；
S8：设定锚杆主体6的位移指标X，将位移x1、x2、x3与位移指标X比较，并计算位移x1、x2、x3的平均值X平，以判断是否重新进行测试；以及
S9：根据公式
Figure 575494DEST_PATH_IMAGE015
计算得出评价值P，并判断评价值P属于优、较好和一般中的哪个区段。
如图2所示，S1步骤中，选取同样材料制成的三个相同结构的锚杆主体6截取成测试所需的长度，测试所需的长度为能放置于本发明的锚杆组合受力性能测试系统中的长度，同时设定停止测试的预设条件，比如锚杆断裂或达到预设的变形量，这个预设条件通过高速摄像机进行观测；S2步骤中，将第一个锚杆主体6放置于测试平台8上，通过拉伸加载油缸2对锚杆主体6施加恒定的拉伸力，通过旋转马达4对锚杆主体6施加恒定的扭矩后，始终对锚杆主体6保持恒定的拉伸力和扭矩，以模拟锚杆主体6安装于围岩之后所受到的拉伸力和扭矩，然后通过静力剪切油缸31对锚杆主体6施加静剪切力，直到锚杆主体6断裂或达到预设的变形量后，停止测试并记录静力加载下的数据；S3步骤中，同样对第二个锚杆主体6施加恒定的拉伸力和扭矩，通过落锤冲击体33对锚杆主体6施加动剪切力，直到锚杆主体6断裂或达到预设的变形量后，停止测试并记录动力加载下的数据；S4步骤中，同样对第三个锚杆主体6施加恒定的拉伸力和扭矩，同时启动静力剪切油缸31和落锤冲击体33对锚杆主体6施加动静耦合的剪切力，直到锚杆主体6锻炼或达到预设的变形量后，停止测试并记录动静耦合加载条件下的数据；S5至S8步骤中则分别对三种加载条件下的数据与设定的指标数据进行比较，指标数据包括断面收缩率指标Q、扭矩指标M、静力指标S、动力指标D和位移指标X，只要有其中一个数据不满足指标数据，则选择另一种材料制成的或者是规格不同的锚杆主体6返回S1步骤重新进行测试，位移、扭矩和剪切力分别取平均值更科学，避免了单个数值偏差大的情况，然后根据公式
Figure 253600DEST_PATH_IMAGE016
计算出评价值P，根据既往的现场数据和结果进行计算，将所对应的评价值和结果分为优、较好和一般三个区段，最后评价本次试验所计算得出的评价值P落入哪个区段。
在本发明的一个优选实施例中，设定锚杆主体6的断面收缩率指标Q，将断面收缩率
Figure 547179DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 259920DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 715172DEST_PATH_IMAGE010
分别与断面收缩率指标Q比较，以判断是否重新进行测试包括；若断面收缩率
Figure 146153DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 977843DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 545090DEST_PATH_IMAGE010
中任一个大于断面收缩率指标Q时，返回重新选取三个锚杆主体6截取至测试所需的长度开始测试。
如图2所示，根据现场数据设定断面收缩率指标Q，当静力加载条件下的断面收缩率
Figure 171244DEST_PATH_IMAGE008
大于Q 时，证明测试的锚杆主体6的延伸率达不到要求，则返回重新选择另一种规格的三个锚杆主体6重新进行试验，同理，不管是动力加载条件下或动静耦合加载条件下的任一断面收缩率大于断面收缩率指标Q，则无法满足现场所需，需重新选取其他材料或规格的三个锚杆主体6返回S1步骤重新开始测试，当断面收缩率
Figure 823942DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 724902DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 875217DEST_PATH_IMAGE010
同时小于等于断面收缩率指标Q时，则满足现场所需，则进入S6步骤进行进一步的测试。
在本发明的一个优选实施例中，设定锚杆主体6的扭矩指标M，将扭矩M1、M2、M3分别与扭矩指标M比较，并计算扭矩M1、M2、M3的平均值M平，以判断是否重新进行测试包括：若扭矩M1、M2、M3中任一个小于扭矩指标M时，返回重新选取三个锚杆主体6截取至测试所需的长度开始测试；若扭矩M1、M2、M3同时大于等于扭矩指标M时，计算扭矩M1、M2、M3的平均值M平。
如图2所示，若锚杆主体6不管是在静力加载条件、动力加载条件还是动静耦合的加载条件下所能承受的扭矩越大，锚杆主体6的承载性能越好，根据现场数据设定扭矩指标M，当扭矩M1、M2、M3中任一个数据小于扭矩指标时则返回重新选取其他规格或材料的三个锚杆主体6进入S1步骤重新进行测试，只有在扭矩M1、M2、M3同时大于等于扭矩指标M时，才能满足现场所需，从而计算扭矩M1、M2、M3的平均值
Figure 937851DEST_PATH_IMAGE018
后，进入S7步骤进行下一步的测试。
在本发明的一个优选实施例中，设定锚杆主体6的静力指标S和动力指标D，将静剪切力FS-1、FS-2与静力指标S比较，动剪切力Fd-1、Fd-2与动力指标D比较，并计算FS-1、FS-2、Fd-1、Fd-2的平均值F平，以判断是否重新进行测试包括：若静剪切力FS-1、FS-2中任一个小于静力指标S或动剪切力Fd-1、Fd-2中任一个小于动力指标D时，返回重新选取三个锚杆主体6截取至测试所需的长度开始测试；若静剪切力FS-1、FS-2同时大于等于静力指标S，且动剪切力Fd-1、Fd-2同时大于等于动力指标D时，计算剪切力FS-1、FS-2、Fd-1、Fd-2的平均值F平，并将F平与现场受力F现进行比较；若F平小于现场受力F现时，返回重新选取三个锚杆主体6截取至测试所需的长度开始测试。
如图2所示，静力指标S是锚杆主体6最少能承受的静剪切力值，动力指标D是锚杆主体6最少能承受的动剪切力值，根据现场的数据设定静力指标S和动力指标D，当静剪切力FS-1、FS-2大于等于静力指标S，且动剪切力Fd-1、Fd-2大于等于动力指标S时，证明锚杆主体6所使用的材料越好，性能越好，当同时满足以上指标时，计算FS-1、FS-2、Fd-1、Fd-2的平均值
Figure 812266DEST_PATH_IMAGE019
，以避免在得出评价值P的过程中某一个数值偏大而影响计算结果，将F平与现场受力F现进行比较，落锤冲击体33施加的动剪切力模拟的就是现场的静剪切力，静力剪切油缸31施加的静剪切力模拟的就是现场的动剪切力，当落锤冲击体33施加的动剪切力或静力剪切油缸31施加的动剪切力均大于等于现场受力F现，锚杆主体6也不会发生断裂，这样的锚杆主体6用在现场以后更能安全使用。当静剪切力FS-1、FS-2中任一个小于静力指标S、或者动剪切力Fd-1、Fd-2中任一个小于动力指标D时，证明锚杆主体6的材料或规格不能满足现场所需，需更换不同材料或不同规格的锚杆主体6返回S1步骤重新进行测试。
在本发明的一个优选实施例中，设定锚杆主体6的位移指标X，将位移x1、x2、x3与位移指标X比较，并计算位移x1、x2、x3的平均值X平，以判断是否重新进行测试包括：若位移x1、x2、x3中任一个小于位移指标X时，返回重新选取三个锚杆主体6截取至测试所需的长度开始测试；若位移x1、x2、x3同时大于等于位移指标X时，计算位移x1、x2、x3的平均值X平，并将X平与现场允许位移量X现进行比较；若X平大于现场允许位移量X现，返回重新选取三个锚杆主体6截取至测试所需的长度开始测试。
如图2所示，位移指标X为锚杆主体6最大能承受的变形值，根据现场的数据设定位移指标X，当位移x1、x2、x3中任一个数值小于位移指标X时，说明锚杆主体6的性能达不到现场所需，则需重新选取其他材料或规格的三个锚杆主体6返回S1步骤重新进行测试，当位移x1、x2、x3同时大于等于位移指标X时，证明锚杆主体6在承受足够大的变形值时还未断裂，锚杆主体6的性能更好，则计算位移x1、x2、x3的平均值
Figure 251338DEST_PATH_IMAGE020
，当X平≤X现时，锚杆主体6用于现场以后位移值在可控范围内能安全使用，当X平＞X现时，则需重新选取其他材料或规格的三个锚杆主体6返回S1步骤重新进行测试。
本发明的锚杆组合受力性能测试系统采用本发明的锚杆组合受力性能评价方法，通过拉伸施加组件对锚杆主体6施加拉伸力，扭矩施加组件对锚杆主体6施加扭矩，可以模拟现场施工过程中锚杆主体6所遇到的高应力环境，启动落锤冲击体33对锚杆主体6施加动载荷、启动静力剪切油缸31对锚杆主体6施加静载荷、或同时启动落锤冲击体33和静力剪切油缸31对锚杆主体6施加动静耦合载荷，准确有效的测试及评价锚杆主体6的组合受力性能，通过在第一固定剪切体36和第二固定剪切体37之间设置移动剪切体35，锚杆主体6依次穿过第一固定剪切体36、移动剪切体35和第二剪切体，当落锤冲击体33或静力剪切油缸31对锚杆主体6施加剪切力时，可以在锚杆主体6上的第一固定剪切体36和移动剪切体35之间的位置、以及移动剪切体35和第二固定剪切体37之间的位置形成双剪切，保证剪切力测试的准确性，避免了单剪切时形成S形弯折而剪不断的情况，测试评价方式更加准确。
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 (10)

1.一种锚杆组合受力性能测试系统，应用于锚杆主体（6）的组合受力性能测试，其特征在于，包括：
固定组件（1），所述固定组件（1）连接于所述锚杆主体（6）；
拉伸施加组件，所述拉伸施加组件包括拉伸加载油缸（2），所述拉伸加载油缸（2）连接于所述锚杆主体（6）的一端，用于对所述锚杆主体（6）施加拉伸力；
剪切施加组件（3），用于对所述锚杆主体（6）分别施加静剪切力和动剪切力；
扭矩施加组件，所述扭矩施加组件包括旋转马达（4），所述旋转马达（4）设置于所述锚杆主体（6）远离所述拉伸加载油缸（2）的一端，用于对所述锚杆主体（6）施加扭矩；以及
监测元件，所述监测元件连接于所述锚杆主体（6），以对所述锚杆主体（6）受到的拉伸、剪切和扭转进行监测。
2.根据权利要求1所述的锚杆组合受力性能测试系统，其特征在于，所述剪切施加组件（3）包括静力剪切油缸（31）、静力加载管（32）和落锤冲击体（33），所述静力加载管（32）垂直于所述锚杆主体（6）且与所述静力剪切油缸（31）连接，以对所述锚杆主体（6）施加静剪切力，所述落锤冲击体（33）套设于所述静力加载管（32），以对所述锚杆主体（6）施加动剪切力。
3.根据权利要求2所述的锚杆组合受力性能测试系统，其特征在于，所述剪切施加组件（3）还包括复合加载头（34）和移动剪切体（35），所述锚杆主体（6）的中段穿过所述移动剪切体（35），所述复合加载头（34）连接于所述静力加载管（32）远离所述静力剪切油缸（31）的一端，以使所述落锤冲击体（33）和所述静力加载管（32）通过所述复合加载头（34）对所述锚杆主体（6）分别施加动剪切力和静剪切力。
4.根据权利要求3所述的锚杆组合受力性能测试系统，其特征在于，所述剪切施加组件（3）还包括分别设置于所述移动剪切体（35）两侧的第一固定剪切体（36）和第二固定剪切体（37），所述锚杆主体（6）依次穿过所述第一固定剪切体（36）、所述移动剪切体（35）和所述第二固定剪切体（37）。
5.根据权利要求1所述的锚杆组合受力性能测试系统，其特征在于，所述固定组件（1）包括液压夹具（11）和防转装置（12），所述液压夹具（11）分别设置于所述锚杆主体（6）的两端，所述防转装置（12）设置于所述锚杆主体（6）远离所述旋转马达（4）的一端。
6.一种锚杆组合受力性能评价方法，其特征在于，包括：
选取三个锚杆主体（6）截取至测试所需的长度开始测试，设定停止测试的预设条件；
将第一个锚杆主体（6）连接于测试平台（8）上，并对锚杆主体（6）施加恒定的扭矩和拉伸力，启动静力剪切油缸（31）持续对所述锚杆主体（6）施加静剪切力，直至所述锚杆主体（6）达到预设条件，记录静力加载条件下的断面收缩率
Figure 175686DEST_PATH_IMAGE001
、扭矩M1、静剪切力FS-1和位移x1；
将第二个锚杆主体（6）连接于测试平台（8）上，并对锚杆主体（6）施加恒定的扭矩和拉伸力，启动落锤冲击体（33）持续对所述锚杆主体（6）施加动剪切力，直至所述锚杆主体（6）达到预设条件，记录动力加载条件下的断面收缩率
Figure 623985DEST_PATH_IMAGE002
、扭矩M2、动剪切力Fd-1和位移x2；
将第三个锚杆主体（6）连接于测试平台（8）上，并对锚杆主体（6）施加恒定的扭矩和拉伸力，启动静力剪切油缸（31）持续对所述锚杆主体（6）施加静剪切力，同时启动落锤冲击体（33）持续对所述锚杆主体（6）施加动剪切力，直至所述锚杆主体（6）达到预设条件，记录动静耦合加载条件下的断面收缩率
Figure 669301DEST_PATH_IMAGE003
、扭矩M3、静剪切力FS-2、动剪切力Fd-2、位移x3；
设定锚杆主体（6）的断面收缩率指标Q，将断面收缩率
Figure 330090DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 410041DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 763662DEST_PATH_IMAGE005
分别与断面收缩率指标Q比较，以判断是否重新进行测试；
设定锚杆主体（6）的扭矩指标M，将扭矩M1、M2、M3分别与扭矩指标M比较，并计算扭矩M1、M2、M3的平均值M平，以判断是否重新进行测试；
设定锚杆主体（6）的静力指标S和动力指标D，将静剪切力FS-1、FS-2与静力指标S比较，动剪切力Fd-1、Fd-2与动力指标D比较，并计算FS-1、FS-2、Fd-1、Fd-2的平均值F平，以判断是否重新进行测试；
设定锚杆主体（6）的位移指标X，将位移x1、x2、x3与位移指标X比较，并计算位移x1、x2、x3的平均值X平，以判断是否重新进行测试；以及
根据公式
Figure 296275DEST_PATH_IMAGE006
计算得出评价值P，并判断评价值P属于优、较好和一般中的哪个区段。
7.根据权利要求6所述的锚杆组合受力性能评价方法，其特征在于，设定锚杆主体（6）的断面收缩率指标Q，将断面收缩率
Figure 754895DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 954932DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 213875DEST_PATH_IMAGE009
分别与断面收缩率指标Q比较，以判断是否重新进行测试包括；
若断面收缩率
Figure 233784DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 236375DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 25339DEST_PATH_IMAGE011
中任一个大于断面收缩率指标Q时，返回重新选取三个锚杆主体（6）截取至测试所需的长度开始测试。
8.根据权利要求6所述的锚杆组合受力性能评价方法，其特征在于，设定锚杆主体（6）的扭矩指标M，将扭矩M1、M2、M3分别与扭矩指标M比较，并计算扭矩M1、M2、M3的平均值M平，以判断是否重新进行测试包括：
若扭矩M1、M2、M3中任一个小于扭矩指标M时，返回重新选取三个锚杆主体（6）截取至测试所需的长度开始测试；
若扭矩M1、M2、M3同时大于等于扭矩指标M时，计算扭矩M1、M2、M3的平均值M平。
9.根据权利要求6所述的锚杆组合受力性能评价方法，其特征在于，设定锚杆主体（6）的静力指标S和动力指标D，将静剪切力FS-1、FS-2与静力指标S比较，动剪切力Fd-1、Fd-2与动力指标D比较，并计算FS-1、FS-2、Fd-1、Fd-2的平均值F平，以判断是否重新进行测试包括：
若静剪切力FS-1、FS-2中任一个小于静力指标S或动剪切力Fd-1、Fd-2中任一个小于动力指标D时，返回重新选取三个锚杆主体（6）截取至测试所需的长度开始测试；
若静剪切力FS-1、FS-2同时大于等于静力指标S，且动剪切力Fd-1、Fd-2同时大于等于动力指标D时，计算剪切力FS-1、FS-2、Fd-1、Fd-2的平均值F平，并将F平与现场受力F现进行比较；
若F平小于现场受力F现时，返回重新选取三个锚杆主体（6）截取至测试所需的长度开始测试。
10.根据权利要求6所述的锚杆组合受力性能评价方法，其特征在于，设定锚杆主体（6）的位移指标X，将位移x1、x2、x3与位移指标X比较，并计算位移x1、x2、x3的平均值X平，以判断是否重新进行测试包括：
若位移x1、x2、x3中任一个小于位移指标X时，返回重新选取三个锚杆主体（6）截取至测试所需的长度开始测试；
若位移x1、x2、x3同时大于等于位移指标X时，计算位移x1、x2、x3的平均值X平，并将
Figure 986342DEST_PATH_IMAGE012
与现场允许位移量X现进行比较；
若X平大于现场允许位移量X现，返回重新选取三个锚杆主体（6）截取至测试所需的长度开始测试。
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