CN114942191A - 一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置及测试方法，属于锚杆性能测试装置技术领域，包括拉拔框架总成、剪切框架总成、试件框架总成；所述剪切框架总成底部埋设于加固地基内部，在局部轨道下降时承载拉拔框架总成，加固地基上设置有升降轨道平台，升降轨道平台上设置有拉拔框架总成，可借助升降轨道平台实现移动和升降，拉拔框架总成可借助升降轨道平台移动至剪切框架总成中心处，拉拔框架总成内安装有试件框架总成，剪切框架总成可作用于试件框架总成。本发明可以进行围岩钻孔约束下锚杆静力拉拔、不同节理间距下静力单面剪切、静力双面剪切、预应力单双剪切，同时还可以进行静力拉剪耦合试验，是一台具备六合一的多功能锚杆力学性能试验装置。

Description

一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于锚杆性能测试装置技术领域，具体涉及一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置及测试方法。

背景技术

目前国内外已有的试验机，大多仅具备单一的锚杆拉拔或剪切功能。锚杆试验机在拉拔功能上存在两种类型：第一种为单独拉拔锚杆，直接拉拔待测锚杆杆体。第二种为拉拔锚固件，间接拉拔锚杆。已有的静力拉剪综合装置在拉拔功能上仅具备其中的一种。

锚杆试验机在剪切功能上存在两种类型：第一种为单剪切面锚杆剪切，此类装置普遍存在由于剪切面紧密接触无法测试预应力锚杆纯抗剪强度的局限。目前已有的锚杆拉剪综合试验机均为单面剪切。

第二种为双剪切面剪切，此类装置可以增加额外框架实现预应力锚杆纯抗剪强度的试验。应当说明的是，单、双剪切只是锚杆剪切性能标定的两种方式，两者并无优劣之分，并且由于目前单剪装置与双剪装置原理不同，两者联系较小，存在试验数据比对困难的问题。因此发明在同一原理下同时具备单双剪切功能的剪切装置具有重要意义。

并且基于仅具备单一方式的拉拔剪切功能，现有技术在拉剪耦合功能上同样存在局限，仅能实现单一拉拔方式下的单剪耦合。并且值得注意的是，目前国内外全尺寸拉剪试验机均未实现不同剪切面间距下的预应力锚杆剪切功能，而剪切面间距是剪切试验中较为关键的影响参数，剪切面间距在实际工况中对应着节理面的间距。

预应力是锚杆支护的重要参数。预应力锚杆支护属于主动支护，在实际工程得到广泛应用。此外对于锚杆性能参数测试较为重要的是锚杆约束方式，目前国内外试验机普遍存在两种方式：第一种为一定孔径的刚性圆管模拟钻孔约束锚杆，该方式具有简单、成本低廉的优势，但局限在与锚杆实际工况中的约束方式不一样，试验结果参考价值不足；第二种为混凝土试件冲击凿岩机钻孔约束，该方式可以更大程度地模拟真实钻孔环境。

因此，研发混凝土试件模拟围岩钻孔约束下全尺寸锚杆静力学拉剪综合力学性能测试装置，实现锚杆拉拔和剪切功能，具备两种拉拔方式和锚杆单、双剪切试验功能，解决现有拉剪试验机仅能实现单剪切的局限；并可以开展不同节理间距下对预应力锚杆纯抗剪性能以及拉剪综合性能的影响研究，系统测试不同类型锚杆性能参数，为锚杆支护优化设计提供依据，对岩土工程灾害防治具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置及测试方法，可以模拟围岩钻孔下锚杆的预应力作用下拉伸、单双剪切及其耦合试验，同时可以调节剪切面间距、预应力参数，更加真实模拟锚杆实际受力环境。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置，包括拉拔框架总成、剪切框架总成、试件框架总成、升降轨道平台、加固地基；所述剪切框架总成底部埋设于加固地基内部，在局部轨道下降时承载拉拔框架总成，加固地基上设置有升降轨道平台，升降轨道平台上设置有拉拔框架总成，可借助升降轨道平台实现移动和升降，拉拔框架总成可借助升降轨道平台移动至剪切框架总成中心处，拉拔框架总成内安装有试件框架总成，剪切框架总成可作用于试件框架总成。

所述剪切框架总成包括剪切反力框架，所述剪切反力框架的顶部横梁上安装有剪切千斤顶，且剪切千斤顶的提升座朝下设置；所述剪切千斤顶的提升座的端面上固定安装有负荷传感器，所述剪切千斤顶筒壁上安装有激光位移传感器，所述剪切反力框架的底部下横梁位于加固地基内。

所述升降轨道平台包括多根安装于加固地基上的固定轨道，相邻所述固定轨道之间均安装有活动轨道，所述固定轨道和活动轨道组成长导轨，所述活动轨道的下方设置有埋设于加固地基内部的连接架，连接架为升降千斤顶提供支撑和反力，连接架顶部两侧分别通过螺栓固定安装于相邻固定轨道的端部，连接架内安装有升降千斤顶，升降千斤顶的提升座与活动轨道底部固定连接，通过千斤顶的设置活动轨道可沿着竖向移动，所述长导轨上滑动安装有轨道滑块。

所述拉拔框架总成包括底座平台，所述底座平台底部与支撑导轨组件连接，底座平台的内侧壁上开设有多个凹槽，用以轴向约束锚固试件，位于中间部分的凹槽内壁沿竖向设置有减小摩擦力的成排滚柱，底座平台的顶部开口处两端分别安装有试件约束圆杆，底座平台的外侧面安装有拉拔千斤顶和反力架，且反力架与拉拔千斤顶连接，底座平台一端设置有拉力板，所述拉力板且其上设置多个开孔，拉拔千斤顶的提升座通过导杆与拉力板连接。

所述支撑导轨组件包括底板，所述底板上通过多个立板安装有第一承压板和第二承压板，第一承压板和第二承压板上安装有底座平台，且第一承压板上还安装有与底座平台对接的支撑台，支撑台上安装有支撑导轨，支撑导轨通过其上的滑块与拉力板连接，保证拉力板轴向标准位移。

所述试件框架总成由第一试件框架和第二试件框架组成，所述第一试件框架包括第一夹板和第二夹板，所述第一夹板和第二夹板之间设置有约束钢具，第一夹板和第二夹板的四角处通过短连接杆连接；所述第二试件框架包括第三夹板和第四夹板，所述第三夹板和第四夹板之间设置有约束钢具，第三夹板和第四夹板的四角处通过长连接杆连接，且第三夹板和第四夹板的底部安装有成排滚轮，试件框架内设置有混凝土试件。

相邻第一试件框架以及第一试件框架与第二试件框架之间均可设置间距隔板。

所述混凝土试件为不规则类长方体或类圆柱体试件。

所述拉拔千斤顶筒壁以及底座平台前端均安装有激光位移传感器；拉拔千斤顶提升座端部、拉力板与待测锚杆连接处及拉力板与第二试件框架的长连接杆连接处分别安装有负荷传感器。

一种用于测试锚杆静力拉剪综合力学性能试验装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤1、在装置及试验区域之外，根据不同试验类型确定试件框架总成的形式，通过冲击钻机对混凝土试件进行真实钻孔，通过锚杆辅助安装机安装锚杆；完成试件框架总成的组装及待测锚杆的安装；

步骤2、通过吊运装置将试件框架总成整体吊运至底座平台，并完成试件框架总成与拉拔框架总成之间的连接；

步骤3、通过移动轨道滑块至活动轨道处，从而将拉拔框架总成移动至试验区；通过控制升降轨道平台的升降千斤顶活塞收缩，带动活动轨道下降，进而带动拉拔框架总成整体下降直至底座平台接触加固地基；

步骤4、通过拉拔框架总成中的拉拔千斤顶对锚杆施加拉伸荷载或预应力，并测试锚杆在轴向拉拔时的力学性能或监测锚杆预应力数值；通过激光位移传感器监测拉力板及锚杆轴向位移数据，通过负荷传感器监测千斤顶活塞端与拉力板之间的荷载及锚杆外露端所受的荷载或锚杆被施加的预应力数据；

步骤5、通过剪切框架总成上的剪切千斤顶对锚杆施加剪切荷载，并测试锚杆在竖向剪切时的力学性能；通过激光位移传感器监测中部试件框架的竖向位移数据，通过负荷传感器监测剪切千斤顶活塞端与试件框架上部垫板之间的荷载数据；

步骤6，步骤4与步骤5同步进行时，须通过伺服液压系统控制油源提供拉拔千斤顶及剪切千斤顶通道足够的油缸压力，并使两者按同比例或不同比例位移速率同时加载，从而测试拉剪耦合下锚杆的力学性能。

本发明的有益效果如下：

本发明可以研究围岩钻孔约束下全尺寸锚杆在拉应力超过屈服强度时锚杆的抗剪能力，同时考虑锚杆拉力和锚杆同围岩的相互作用，以及不同节理间距对锚杆抗剪性能的影响，通过不同的装置结构创新实现了同一原理下单、双剪切面预应力锚杆剪切的试验工况的完整集成及切换，并借助特殊的底座平台结构与特色的试件框架总成设计实现了不同剪切面间距下预应力锚杆剪切及拉剪耦合的功能，填补了国内外在不同节理间距全尺寸锚杆的静力拉剪综合性能测试手段和设备方面的空白。

本发明可以进行围岩钻孔约束下锚杆静力拉拔、不同节理间距下静力单面剪切、静力双面剪切、预应力单双剪切，同时还可以进行静力拉剪耦合试验，是一台具备六合一，即锚杆静力拉拔、不同节理间距下静力单面剪切、静力双面剪切、预应力单双剪切、静力拉拔剪切耦合的多功能锚杆力学性能试验装置。

附图说明

图1为本发明锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置的斜轴测图；

图2为本发明的拉拔框架总成的斜轴测图；

图3为本发明的拉拔框架总成的俯视图；

图4为本发明的剪切框架总成的斜轴测图；

图5为本发明的第一试件框架总成斜轴测图；

图6为本发明的第二试件框架总成斜轴侧图；

图7为本发明的第二试件框架示意图；

图8为本发明的第一试件框架示意图；

图9为本发明的试件框架明细及辅助件斜轴测图；

图10为本发明的升降轨道平台斜轴测图；

图11为本发明的加固地基斜轴测图；

图12为本发明由两个第一试件框架和一个第二试件框架组成的拉拔锚杆及双剪切装置局部俯视图；

图13为本发明由三个第一试件框架组成的拉拔锚杆及双剪切装置局部俯视图；

图14为本发明由两个第一试件框架组成的拉拔试件及单剪切装置局部俯视图；

图15为本发明由第一试件框架及第二试件框架组成的拉拔试件及单剪切装置局部俯视图；

图16为本发明由三个第一试件框架组成的不同剪切面间距双剪切装置局部俯视图；

其中，1-底座平台，2-约束圆杆，3-成排滚柱，4-拉力板，5-滑块，6-支撑导轨，7-拉拔千斤顶，8-反力架，9-剪切反力框架，10-剪切千斤顶，1101-第一试件框架总成，1102-第三试件框架总成，1201-第二试件框架总成，13-第一试件框架，14-第二试件框架，1501-第一夹板，1502-第二夹板，1601-第三夹板，1602-第四夹板，17-约束钢具，18-混凝土试件，19-固定轨道，20-升降千斤顶，21-连接架，22-轨道滑块，23-加固基底，24-地基，25-待测锚杆，26-上部垫板，27-长连接杆，28-短连接杆，29-刚性垫片，30-活动轨道，31-连接件，32-导杆，33-中部凹槽，34-端部凹槽，35-支撑台，36-间距隔板，37-负荷传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1至图11所示，一种全尺寸锚杆静力拉剪综合试验装置，包括：拉拔框架总成、剪切框架总成、试件框架总成、升降轨道平台、加固地基24；所述加固地基包括地面之上的加固基底23，地面以下的地基24，地基24上设置有加固基底23，并在活动轨道30下降时，完全接触并承载底座平台1；所述剪切框架总成底部埋设于地基24内部，在局部轨道下降时承载拉拔框架总成，地基24上设置有升降轨道平台，升降轨道平台上设置有拉拔框架总成，可借助升降轨道平台实现移动和升降，拉拔框架总成可借助升降轨道平台移动至剪切框架总成中心处，拉拔框架总成内安装有试件框架总，剪切框架总成可作用于试件框架总成。

所述剪切框架总成包括固定在试验区域中心的剪切反力框架9，剪切反力框架9采用槽钢首尾相连组成的口字型闭合结构，所述剪切反力框架9的顶部横梁上安装有剪切千斤顶10，且剪切千斤顶10的提升座朝下设置，剪切千斤顶10位于底座平台1中部试件框架总成的上部垫板26中心的上方；所述剪切千斤顶10的提升座的端面上固定安装有负荷传感器，试验时剪切千斤顶10直接接触上部垫板26，监测试件框架总成所受剪切荷载数据；所述剪切千斤顶10筒壁上安装有激光位移传感器，监测试件框架总成剪切位移数据；所述剪切反力框架9的底部下横梁位于加固地基24内。剪切千斤顶10施加竖向荷载于中部第一试件框架13，并传递到底座平台1，加固基底24承载底座平台1并位于剪切反力框架9的下梁之上，从而形成自承载反力结构。

所述升降轨道平台包括多根安装于地基24上的固定轨道19，相邻所述固定轨道19之间均安装有活动轨道30，所述固定轨道19和活动轨道30组成长导轨，所述活动轨道30的下方设置有埋设于地基24内部的连接架21，连接架21为升降千斤顶20提供支撑和反力，连接架21顶部两侧分别通过四个螺栓固定安装于相邻固定轨道19的端部，连接架21内安装有升降千斤顶20，升降千斤顶20的提升座与活动轨道30底部固定连接，通过千斤顶的设置活动轨道30可沿着竖向移动，所述长导轨上滑动安装有轨道滑块22，轨道滑块22分别通过螺栓固定在底座平台1的四个端部，移动至活动轨道30处时，升降千斤顶20工作活塞杆伸出或缩回，推动活动轨道30及轨道滑块22竖向位移，从而带动拉拔框架总成升降。

所述拉拔框架总成包括截面为倒凹字型的底座平台1，且底座平台1的开口朝上设置，为试件剪切提供位移空间，底座平台1采用厚壁钢板制作而成，所述底座平台1底部与支撑导轨组件连接，底座平台1的每一个内侧壁上都开设有个六个凹槽，其中位于中间部分的两个凹槽为中部凹槽33，位于中部凹槽33两侧的凹槽为端部凹槽34，用以轴向约束锚固试件，中部凹槽33内壁沿竖向设置有减小摩擦力的成排滚柱3，并与位于底座平台1内的与第一试件框架13上的第一夹板1501、第二夹板1502接触，在特定剪切工况中将中部凹槽33与第一夹板1501、第二夹板1502的摩擦方式由静摩擦和滑动摩擦变为滚动摩擦，大幅减小中部凹槽33与第一夹板1501之间的摩擦对试验数据的影响，底座平台1的顶部开口处两端分别安装有可拆卸的试件约束圆杆2，且端部螺接有螺母，通过螺母锁紧试件约束圆杆2，底座平台1的外侧面安装有拉拔千斤顶7和反力架8，且反力架8与拉拔千斤顶7连接，拉伸荷载传递回底座平台1，从而构成自承载反力结构，底座平台1一端设置有拉力板4，所述拉力板4为加固钢板且其上设置多个开孔，拉拔千斤顶7的提升座通过导杆32与拉力板4两侧的开孔连接，通过拧紧导杆32端部的螺母将导杆32与拉力板4固定，施加拉伸荷载推动拉力板4；所述导杆32为两端有螺纹结构的钢杆，分别连接拉拔千斤顶7的活塞端面以及拉力板4。拉力板4通过螺母连接着待测锚杆25的外露端或者第二试件框架14的长连接杆27，从而传递拉伸荷载至试件框架。

所述支撑导轨组件包括底板，所述底板上通过多个立板安装有第一承压板和第二承压板，第一承压板和第二承压板上安装有底座平台1，且第一承压板上还安装有与底座平台1对接的支撑台35，为拉力板4或者拉力板4与第二夹具受拉拔千斤顶7作用发生轴向标准位移提供支撑平台；支撑台35上安装有支撑导轨6，支撑导轨6通过其上的滑块5与拉力板4连接，与待测锚杆25连接通过螺母锁紧或与伸出第二夹具的四根长连接杆27连接通过螺母锁紧；保证拉力板4轴向标准位移。

所述试件框架总成由第一试件框架13和第二试件框架14组成，具体分为四种类型，分别是由三个第一试件框架13依次排列且通过连接件31连接组成的第一试件框架总成1101、由两个第一试件框架13和一个第二试件框架14依次排列且通过连接件31连接组成的第三试件框架总成1102、由两个第一试件框架13通过连接件31连接组成的第二试件框架总成1201以及由一个第一试件框架13和一个第二试件框架14通过连接件31连接组成的第四试件框架总成。

试件框架组装及锚杆安装方案均在装置外部进行；试件框架总成采用整体吊装形式放置于拉拔框架总成底座平台1之中，每个试件框架独立组装，并用连接件31对连接杆27或28相互连接形成整体；类长方体混凝土试件18通过冲击钻机形成所需的一定孔径的钻孔，并通过人工或辅助锚杆安装机械安装待测锚杆25；当试件框架总成的前端安装的是第二试件框架时，待测锚杆25不与拉力板4连接；当试件框架总成全部是第一试件框架组成时，待测锚杆25需要与拉力板4连接。

所述第一试件框架13包括第一夹板1501和第二夹板1502，所述第一夹板1501和第二夹板1502之间设置有约束钢具17，第一夹板1501和第二夹板1502的四角处通过短连接杆28连接；所述第二试件框架14包括第三夹板1601和第四夹板1602，所述第三夹板1601和第四夹板1602之间设置有约束钢具17，第三夹板1601和第四夹板1602的四角处通过长连接杆27连接，且第三夹板1601和第四夹板1602的底部安装有成排滚轮，试件框架内设置有混凝土试件18。约束钢具17安装在类长方体混凝土试件18的中部通过螺栓锁紧，仅能安装在底座平台1前端部的凹槽处。

相邻第一试件框架13以及第一试件框架13与第二试件框架14之间均可设置有间距隔板36。

所述混凝土试件18为不规则类长方体或类圆柱体试件。

第一夹板1501、第二夹板1502、第三夹板1601及第四夹板1602均为特殊结构钢具，中部镂空且部分突出。

所述拉拔千斤顶7筒壁上安装有两个激光位移传感器，所述底座平台1前端上安装有一个激光位移传感器，分别监测拉拔千斤顶7、待测锚杆25及第二试件框架14的拉拔位移数据。拉拔千斤顶7提升座端部安装有两个负荷传感器，所述拉力板4与待测锚杆25连接处安装有一个负荷传感器，所述拉力板4与第二试件框架14的长连接杆27连接安装有一个负荷传感器，分别监测拉拔千斤顶7输出荷载、待测锚杆25及第二试件框架14所受拉伸荷载数据。

如图12至图15所示，本发明试验装置的拉拔功能具备两种形式：

第一种为独立拉拔待测锚杆25，该功能要求底座平台1的前端凹槽放置第一试件框架13，第一夹板1501和第二夹板1502将嵌入凹槽，端部凹槽34与第一夹板1501和第二夹板1502之间的空隙用刚性垫片29填充完全，从而第一试件框架13受到拉拔轴向位移约束，不能发生位移，待测锚杆25与拉力板4用螺母锁紧，该试验工况下，拉拔千斤顶7工作，推动拉力板4与待测锚杆25发生轴向位移。

第二种为拉拔前端试件框架间接实现拉拔待测锚杆25，该功能要求底座平台1的前端凹槽放置第二试件框架14，第三夹板1601和第四夹板1602不会嵌入凹槽，且底部具有成排滚轮，第二试件框架14通过长连接杆27与拉力板4连接并用螺母锁紧，待测锚杆25则不与拉力板4连接，中部第一试件框架13受到中部凹槽33轴向位移约束，该试验工况下，拉拔千斤顶7工作，推动拉力板4与第二试件框架14轴向位移，间接拉拔约束在混凝土试件18中的待测锚杆25。

本发明试验装置的剪切功能具备两种形式：

第一种为单剪切面剪切，在底座平台1的前端和中部凹槽33放置第一试件框架13，待测锚杆25约束在框架内的类长方体混凝土试件18中，剪切千斤顶10工作，接触并施加作用力与中部第一试件框架13的上部垫板26中心，中部第一试件框架13在竖直方向沿凹槽发生滑移，其中前端第一试件框架13受到约束圆杆2竖直方向位移约束，减弱待测锚杆25剪切破断时试件框架的惯性作用。

第二种为双剪切面剪切，底座平台1的前中后端均放置试件框架，共3个试件框架，试件框架总成可选择第一试件框架总成1101或者第二试件框架总成1201，端部凹槽34与第一夹板1501、第二夹板1502之间的空隙用刚性垫片29填充完全，剪切千斤顶10工作，接触并施加作用力与中部第一试件框架13的上部垫板26中心，中部第一试件框架13在竖直方向沿凹槽发生滑移，两端第一试件框架13受到约束圆杆2竖直方向位移约束，减弱待测锚杆25剪切破断时试件框架的惯性作用；

如图16所示，剪切工况下剪切面的间距设置需要在组装试件框架时，在试件框架断面之间增加一定厚度可拆卸间隔隔板31，将由第一试件框架13组成或由第二试件框架14组成的试件框架总成整体吊入底座平台1，其中第一试件框架13将嵌入底座平台1端部凹槽34，第一夹板1501、第二夹板1502与凹槽壁面存在一定间隙；进一步用不同规格刚性垫片29填充端部凹槽34间隙，最后拆卸间隔隔板31，实现相邻试件框架之间存在一定间距，从而进行一定间距下剪切试验。

装置的拉拔剪切耦合功能为上述独立拉拔、独立剪切试验工况的组合，具有多种形式如拉拔试件单面剪切、拉拔试件双面剪切、拉拔锚杆单面剪切拉拔锚杆双面剪切，试验方案基本一致，故不展开；其中实现两种独立工况的耦合，须通过伺服液压系统控制油源提供拉拔千斤顶7及剪切千斤顶10通道足够的油缸压力，并使两者按同比例或不同比例位移速率同时加载。

一种基于上述试验台测试锚杆静力拉剪综合力学参数的测试方法，包括如下步骤：

步骤1、在装置及试验区域之外，完成试件框架总成的组装及待测锚杆25的安装；

具体而言：针对不同试验类型确定试件框架总成的组成形式，本实施例中，锚杆单剪试验试件框架总成的试件框架数量为2个，保留前端和中端位置为第一试件框架13；锚杆双剪试验试件框架总成的试件框架数量为3个，均由第一试件框架13组成形式；拉拔锚杆试验试件框架总成的试件框架数量2-3个均可，须均由第一试件框架13组成；拉拔锚固件(间接拉拔锚杆)试件框架总成的试件框架数量2-3个均可，前端须为第二试件框架14，其它位置为第一试件框架13；试件框架总成通过连接件31将各个第一试件框架13和第二试件框架14组合成整体；其中不同剪切面间距条件试验中，第一试件框架13之间、第一试件框架13与第二试件框架14之间以及第二试件框架14之间端面处须设置与试验条件剪切面间距参数一致厚度3D打印可拆卸的间距隔板36，再通过连接件31组合成整体；通过冲击钻机对混凝土试件18进行钻孔，再借助锚杆辅助安装机安装待测锚杆25；

步骤2、通过吊运装置将完成锚杆安装的试件框架总成整体吊运至底座平台1，并完成试件框架总成与拉拔框架总成之间的连接；

具体而言：借助吊运装置，在连接件31处设置多个起吊点，将安装待测锚杆25后的试件框架总成整体标准轴向吊运至底座平台1对应的凹槽中；采用不同规格的刚性垫片29对凹槽与试件夹具两侧的空隙进行填充；试件框架总成中若设置有可拆卸间距隔板36，须拆卸下来；试件框架总成与拉力板4的连接：试件框架总成中前端为第二试件框架14时，须将第二试件框架14上的四根长连接杆27与拉力板4连接，并用螺母锁紧，待测锚杆25不需连接拉力板4；试件框架总成中为第一试件框架13时，仅有待测锚杆25与拉力板4连接，并用螺母锁紧；最后将试件框架之间的连接件31拆除；

步骤3、通过轨道平台，移动拉拔框架总成至活动轨道30中心处，底座平台1整体下降直至底座平台1接触加固基底23；

具体而言：拉拔框架总成通过轨道滑块22连接轨道平台在轨道平台上实现移动和升降；在试验前准备时及试验完成后，升降千斤顶20工作活塞杆伸长推动活动轨道30上升至与固定轨道19同一水平，从而拉拔框架总成可在长导轨上灵活移动，移进或移出试验区域；在试验准备完毕后，拉拔框架总成位于试验区，轨道滑块22位于活动轨道30处，此时升降千斤顶20工作回缩活塞，活动轨道30在承重及自重作用下，会竖向下降，从而带动拉拔框架总成下降，直至底座平台1底部与加固基底23接触，由加固基底23替代活动轨道30承载拉拔框架总成；

步骤4、通过拉拔框架总成对锚杆施加拉伸荷载或预应力，并测试锚杆在轴向拉拔时的力学性能或监测锚杆预应力数值；

具体而言：伺服油源驱动拉拔千斤顶7工作，推动拉力板4，在前端试件框架为第一试件框架13时，将对锚杆施加拉伸荷载或预应力；在前端试件框架为第二试件框架14时，将对锚固件施加拉伸荷载；通过激光位移传感器监测拉力板4及锚杆轴向位移数据，通过负荷传感器监测千斤顶活塞端与拉力板4之间的荷载及锚杆外露端所受的拉伸荷载或锚杆所受预应力荷载数据；

步骤5、通过剪切框架总成施加对锚杆施加剪切荷载，并测试锚杆在竖向剪切时的力学性能；

具体而言：伺服油源驱动剪切千斤顶10工作，活塞作用于中部第一试件框架13的上部垫板26，推动中部第一试件框架13竖向位移；通过激光位移传感器监测中部试件框架的竖向位移数据，通过负荷传感器监测千斤顶活塞端与试件框架的上部垫板26之间的剪切荷载数据；

步骤6、步骤4对锚杆施加拉伸荷载与步骤5对试件框架施加剪切荷载可同时进行，实现锚杆拉拔剪切工况的耦合，须通过伺服液压系统控制油源提供拉拔千斤顶7及剪切千斤顶10通道足够的油缸压力，并使两者按同比例或不同比例位移速率同时加载，从而测试拉剪耦合下锚杆的力学性能。

尽管已经示出和描述了本发明的部分实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (9)

1.一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置，其特征在于，包括拉拔框架总成、剪切框架总成、试件框架总成、升降轨道平台、加固地基；所述剪切框架总成底部埋设于加固地基内部，在局部轨道下降时承载拉拔框架总成，加固地基上设置有升降轨道平台，升降轨道平台上设置有拉拔框架总成，可借助升降轨道平台实现移动和升降，拉拔框架总成可借助升降轨道平台移动至剪切框架总成中心处，拉拔框架总成内安装有试件框架总成，剪切框架总成可作用于试件框架总成。

2.根据权利要求1所述的一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置，其特征在于：所述剪切框架总成包括剪切反力框架，所述剪切反力框架的顶部横梁上安装有剪切千斤顶，且剪切千斤顶的提升座朝下设置；所述剪切千斤顶的提升座的端面上固定安装有负荷传感器，所述剪切千斤顶筒壁上安装有激光位移传感器，所述剪切反力框架的底部下横梁位于加固地基内。

3.根据权利要求1所述的一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置，其特征在于：所述升降轨道平台包括多根安装于加固地基上的固定轨道，相邻所述固定轨道之间均安装有活动轨道，所述固定轨道和活动轨道组成长导轨，所述活动轨道的下方设置有埋设于加固地基内部的连接架，连接架为升降千斤顶提供支撑和反力，连接架顶部两侧分别通过螺栓固定安装于相邻固定轨道的端部，连接架内安装有升降千斤顶，升降千斤顶的提升座与活动轨道底部固定连接，通过千斤顶的设置活动轨道可沿着竖向移动，所述长导轨上滑动安装有轨道滑块。

4.根据权利要求1所述的一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置，其特征在于：所述拉拔框架总成包括底座平台，所述底座平台底部与支撑导轨组件连接，底座平台的内侧壁上开设有多个凹槽，用以轴向约束锚固试件，位于中间部分的凹槽内壁沿竖向设置有减小摩擦力的成排滚柱，底座平台的顶部开口处两端分别安装有试件约束圆杆，底座平台的外侧面安装有拉拔千斤顶和反力架，且反力架与拉拔千斤顶连接，底座平台一端设置有拉力板，所述拉力板且其上设置多个开孔，拉拔千斤顶的提升座通过导杆与拉力板连接，所述拉拔千斤顶筒壁以及底座平台前端均安装有激光位移传感器，拉拔千斤顶提升座端部设置有负荷传感器。

5.根据权利要求4所述的一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置，其特征在于：所述支撑导轨组件包括底板，所述底板上通过多个立板安装有第一承压板和第二承压板，第一承压板和第二承压板上安装有底座平台，且第一承压板上还安装有与底座平台对接的支撑台，支撑台上安装有支撑导轨，支撑导轨通过其上的滑块与拉力板连接，保证拉力板轴向标准位移。

6.根据权利要求4所述的一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置，其特征在于：所述试件框架总成由第一试件框架和第二试件框架组成，所述第一试件框架包括第一夹板和第二夹板，所述第一夹板和第二夹板之间设置有约束钢具，第一夹板和第二夹板的四角处通过短连接杆连接；所述第二试件框架包括第三夹板和第四夹板，所述第三夹板和第四夹板之间设置有约束钢具，第三夹板和第四夹板的四角处通过长连接杆连接，且第三夹板和第四夹板的底部安装有成排滚轮，试件框架内设置有混凝土试件，且在混凝土试件上安装有待测锚杆，拉力板与待测锚杆连接处及拉力板与第二试件框架的长连接杆连接处分别安装有负荷传感器。

7.根据权利要求6所述的一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置，其特征在于：相邻第一试件框架以及第一试件框架与第二试件框架之间均可设置间距隔板。

8.根据权利要求6所述的一种锚杆静力拉剪综合力学性能测试装置，其特征在于：所述混凝土试件为不规则类长方体或类圆柱体试件。

9.根据权利要求1所述的一种用于测试锚杆静力拉剪综合力学性能试验装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在装置及试验区域之外，根据不同试验类型确定试件框架总成的形式，通过冲击钻机对混凝土试件进行真实钻孔，通过锚杆辅助安装机安装锚杆；完成试件框架总成的组装及待测锚杆的安装；

步骤2、通过吊运装置将试件框架总成整体吊运至底座平台，并完成试件框架总成与拉拔框架总成之间的连接；

步骤3、通过移动轨道滑块至活动轨道处，从而将拉拔框架总成移动至试验区；通过控制升降轨道平台的升降千斤顶活塞收缩，带动活动轨道下降，进而带动拉拔框架总成整体下降直至底座平台接触加固地基；

步骤4、通过拉拔框架总成中的拉拔千斤顶对锚杆施加拉伸荷载或预应力，并测试锚杆在轴向拉拔时的力学性能或监测锚杆预应力数值；通过激光位移传感器监测拉力板及锚杆轴向位移数据，通过负荷传感器监测千斤顶活塞端与拉力板之间的荷载及锚杆外露端所受的荷载或锚杆被施加的预应力数据；

步骤5、通过剪切框架总成上的剪切千斤顶对锚杆施加剪切荷载，并测试锚杆在竖向剪切时的力学性能；通过激光位移传感器监测中部试件框架的竖向位移数据，通过负荷传感器监测剪切千斤顶活塞端与试件框架上部垫板之间的荷载数据；

步骤6，步骤4与步骤5同步进行时，须通过伺服液压系统控制油源提供拉拔千斤顶及剪切千斤顶通道油缸压力，并使两者按同比例或不同比例位移速率同时加载，从而测试拉剪耦合下锚杆的力学性能。

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