CN118294269A - 一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土锚固试验技术领域，具体涉及一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，包括：土样，土样安装有锚杆围岩压力模拟组件，设置有若干个，从上至下依次套设在土样外侧，围岩压力模拟组件外侧还设置有一夹紧机构，夹紧机构控制围岩压力模拟组件收紧以模拟锚杆受到的围岩压力；轨道，设置有与围岩压力模拟组件相同数量，套设在围岩压力模拟组件外侧，轨道上还滑动连接有振动组件，振动组件通过连接组件与夹紧机构连接；盛放组件，固定在最下方围岩压力模拟组件靠近地面一侧，同于盛放土样。本发明可以通过围岩压力模拟组件模拟锚杆所受的围岩压力，并通过振动组件、盛放组件模拟锚杆地震时状态，提高锚杆拉拔试验的真实性。

Description

一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置

技术领域

本发明属于岩土锚固试验技术领域，尤其涉及一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置。

背景技术

锚杆支护因具有支护成本低、劳动强度小、支护速度快等优点，被广泛应用于地下工程、边坡工程和深基坑工程。随着锚杆应用范围的不断扩大，地震效应对锚杆的影响也被提出，锚杆承受地震效应时其所处岩土体应力状态会发生剧烈变化，其锚固性能也不同于静力荷载作用下岩土体的锚固性能。

现有的锚杆拉拔试验装置中，暂无对锚杆在高围岩压力下及地震或其他地质运动的作用下，同时研究围岩压力与地质运动效果对锚杆拉拔力的影响，从而使得锚杆缺少在特殊地区和特殊环境下对锚杆自身拉拔力效果的研究，因此，需设计一种拉拔试验装置解决以上问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，包括：

土样，所述土样内安装有锚杆

围岩压力模拟组件，设置有若干个，从上至下依次套设在所述土样外侧，所述围岩压力模拟组件外侧还设置有一夹紧机构，所述夹紧机构控制所述围岩压力模拟组件收紧以模拟所述锚杆受到的围岩压力；

轨道，设置有与所述围岩压力模拟组件相同数量，套设在所述围岩压力模拟组件外侧，所述轨道上还滑动连接有振动组件，所述振动组件通过连接组件与所述夹紧机构连接；

盛放组件，设置在最下方所述围岩压力模拟组件靠近地面一侧，用于盛放所述土样。

优选的，所述围岩压力模拟组件包括：

若干个内锁紧块，套设在所述土样外侧，远离所述土样一侧固定有凸块；

若干个外锁紧块，套设在所述内锁紧块外侧，靠近所述土样一侧开设有滑槽，所述凸块滑动连接在所述滑槽内，且所述滑槽与所述凸块相适配，所述内锁紧块与所述外锁紧块交错设置；

锁紧罩，所述锁紧罩为柔性罩，套设在若干个所述外锁紧块外侧，且若干个所述外锁紧块还卡接在所述锁紧罩内；所述锁紧罩一侧设置开口，所述开口处固定所述夹紧机构。

优选的，所述夹紧机构包括：

一对伸出板，分别固定在所述锁紧罩开口处的两端；

锁紧气缸，设置在两所述伸出板之间，所述锁紧气缸一端与其中一所述伸出板铰接，所述锁紧气缸另一活动端与另一所述伸出板铰接；

一对短连杆，两所述短连杆分别与两所述伸出板远离土样一侧铰接，两所述短连杆另一端均铰接在长连杆上。

优选的，所述振动组件包括：

滑块，滑动连接在所述轨道上，所述轨道远离所述土样一侧设置有外壁；

控制电机，固定在所述滑块上，所述控制电机输出轴上固定有凸轮，所述凸轮与所述长连杆铰接并偏心设置；

侧板，固定在所述滑块远离所述长连杆一侧，所述侧板与所述外壁接触并滑动连接。

优选的，所述轨道上设置有滑轨，所述滑块滑动连接在所述滑轨上，所述轨道上远离所述土样一侧还固定有限位条，所述限位条限位所述侧板。

优选的，所述盛放组件包括：

底层震动室，顶部固定有外支架，所述底层震动室通过所述外支架支撑若干个所述围岩压力模拟组件并固定；

盛放壳，放置在所述底层震动室内，所述盛放壳底部设置有若干个万向轮；

底层震动组件，设置有若干个，并设置在所述盛放壳与所述底层震动室之间。

优选的，所述底层震动组件包括：

气缸，设置在所述盛放壳一侧，固定端与所述底层震动室内侧壁固定，活动端与所述盛放壳外侧壁固定；

弹簧，与所述气缸对向设置，所述弹簧一端与所述底层震动室固定，另一段与所述盛放壳固定。

优选的，所述土样顶部设置有垫板壳，所述垫板壳通过若干支板与所述外支架固定。

优选的，所述垫板壳远离所述土样一侧设置有千斤顶，所述锚杆贯穿所述垫板壳并贯穿所述千斤顶。

优选的，所述锚杆上包裹混凝土，所述锚杆通过所述混凝土与所述土样固定。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明的一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，可以通过多个围岩压力模拟组件模拟锚杆在实际应用中所受到的围岩压力，同时还可以通过可改变震动方向的振动组件对围岩压力模拟组件进行震动，还通过盛放组件模拟完整锚杆受到地震时的状态，从而可以模拟锚杆在地质运动时，锚杆本身所受到的地震震动以及围岩压力的影响，提高锚杆拉拔试验的真实性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明整体结构示意图；

图2为振动组件与轨道位置关系示意图；

图3为振动组件与夹紧机构连接关系示意图；

图4为图3中A部分放大图；

图5为盛放壳与气缸连接关系示意图；

图6为外锁紧块与内锁紧块连接关系示意图；

图7为土样剖切后结构示意图；

其中，1、外支架；2、千斤顶；3、支板；4、轨道；5、夹紧机构；6、围岩压力模拟组件；7、振动组件；8、垫板壳；9、盛放壳；10、气缸；11、弹簧；12、底层震动室；13、外壁；14、控制电机；15、凸轮；16、长连杆；17、第一凸轮；18、第二凸轮；19、侧板；20、滑块；21、滑轨；22、限位条；23、伸出板；24、锁紧气缸；25、短连杆；26、锁紧罩；27、外锁紧块；28、内锁紧块；29、滑槽；30、凸块；31、土样；32、混凝土；33、锚杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施：参照图1-图7，一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，包括：土样31，土样31安装有锚杆33；围岩压力模拟组件6，设置有若干个，从上至下依次套设在土样31外侧，围岩压力模拟组件6外侧还设置有一夹紧机构5，夹紧机构5控制围岩压力模拟组件6收紧以模拟锚杆33受到的围岩压力；轨道4，设置有与围岩压力模拟组件6相同数量，套设在围岩压力模拟组件6外侧，轨道4上还滑动连接有振动组件7，振动组件7通过连接组件与夹紧机构5连接；盛放组件，设置在最下方围岩压力模拟组件6靠近地面一侧，用于盛放土样31。

该试验装置，可以通过多个围岩压力模拟组件6模拟锚杆在实际应用中所受到的围岩压力，同时还可以通过可改变震动方向的振动组件7对围岩压力模拟组件6进行震动，还通过盛放组件模拟完整锚杆受到地震时的状态，从而可以模拟锚杆33在地质运动时，锚杆33本身所受到的地震震动以及围岩压力的影响，提高锚杆拉拔试验的真实性。

进一步优化方案，围岩压力模拟组件6包括：若干个内锁紧块28，套设在土样31外侧，远离土样31一侧固定有凸块30；若干个外锁紧块27，套设在内锁紧块28外侧，靠近土样31一侧开设有滑槽29，凸块30滑动连接在滑槽29内，且滑槽29与凸块30相适配，内锁紧块28与外锁紧块27交错设置；锁紧罩26，锁紧罩26为柔性罩，套设在若干个外锁紧块27外侧，且若干个外锁紧块27还卡接在锁紧罩26内；锁紧罩26一侧设置开口，开口处固定夹紧机构5。

具体来说，通过控制锁紧罩26，使内锁紧块28与外锁紧块27逐渐收缩，从而使围岩压力模拟组件6整体将土样31夹紧，从而模拟锚杆33在使用时所受到的围岩压力；另外，需要说明的是，围岩压力模拟组件6设置的越多、越密集，所得到的锚杆33实验数据越接近真实值。

进一步优化方案，夹紧机构5包括：一对伸出板23，分别固定在锁紧罩26开口处的两端；锁紧气缸24，设置在两伸出板23之间，锁紧气缸24一端与其中一伸出板23铰接，锁紧气缸24另一活动端与另一伸出板23铰接；一对短连杆25，两短连杆25分别与两伸出板23远离土样31一侧铰接，两短连杆25另一端均铰接在长连杆16上。

其中，可通过锁紧气缸24的收缩与夹紧，控制锁紧罩26的收缩或松开程度，从而改变围岩压力模拟组件6的夹紧力，进而改变围岩压力模拟组件6所模拟的围岩压力作用效果，另外，在试验时，可以选择夹紧/松开锁紧气缸24，使围岩压力模拟组件6能够在不同的条件下拥有多种试验效果，从而使得装置的使用更加多样化。

进一步优化方案，振动组件7包括：滑块20，滑动连接在轨道4上，轨道4远离土样31一侧设置有外壁13；控制电机14，固定在滑块20上，控制电机14输出轴上固定有凸轮15，凸轮15与长连杆16铰接并偏心设置；侧板19，固定在滑块20远离长连杆16一侧，侧板19与外壁13接触并滑动连接。

其中，凸轮15由第一凸轮17与第二凸轮18组成，以提供凸轮15的动平衡，长连杆16则铰接在第一凸轮17与第二凸轮18之间。

具体来说，启动控制电机14后，控制振动组件7在轨道4上的位置，从而控制土样31与锚杆33所受的震动波动方向，从而模拟出地震时不同方向的地震波，同时，长连杆16随振动组件7的转动而不断作伸缩运动来推动围岩压力模拟组件6，使土样31整体受到完整的振动影响，从而更真实的模拟地震效果。

进一步优化方案，轨道4上设置有滑轨21，滑块20滑动连接在滑轨21上，轨道4上远离土样31一侧还固定有限位条22，限位条22限位侧板19。

其中，限位条22与侧板19的连接方式和滑轨21与滑块20的连接方式相同，以防止滑块20在震动过程中脱出轨道4。

进一步优化方案，盛放组件包括：底层震动室12，通过外支架1支撑若干个围岩压力模拟组件6并固定；盛放壳9，放置在底层震动室12内，盛放壳9底部设置有若干个万向轮；底层震动组件，设置有若干个，并设置在盛放壳9与底层震动室12之间。

进一步优化方案，底层震动组件包括：气缸10，设置在盛放壳9一侧，一端与底层震动室12固定，另一段与盛放壳9固定；弹簧11，设置盛放壳9一侧并与气缸10相对设置，弹簧11一端与底层震动室12固定，另一段与盛放壳9固定。

具体来说，控制电机14启动后，驱动气缸10随振动组件7中凸轮15的转动频率作伸缩运动，从而使整个土样31能够在多个围岩压力模拟组件6以及盛放组件的影响下，完成锚杆33及其土样31的地震模拟。

进一步优化方案，土样31顶部设置有垫板壳8，垫板壳8通过若干支板3与外支架1固定。

进一步优化方案，垫板壳8远离土样31一侧设置有千斤顶2，锚杆33贯穿垫板壳8和千斤顶2。

进一步优化方案，锚杆33上包裹混凝土32，锚杆33通过混凝土32与土样31固定。

其中，可以在锁紧气缸24内安装相应的力传感器，控制并检测各个围岩压力模拟组件6内的围岩压力；锚杆33上还可以设置应变片，检测锚杆33实时状态；千斤顶2上还可以设置位移传感器，可监测锚杆33移动量；以上有关检测内容为现有技术，再次不做过多赘述。

工作原理：

实施例1：将锚杆33、土样31、垫板壳8以及千斤顶2安装好后，启动控制电机14，将振动组件7在轨道4上滑动至合适角度，启动千斤顶2，模拟出地震时不同方向的地震波，同时，长连杆16随振动组件7中凸轮15的转动而不断作伸缩运动来推动围岩压力模拟组件6，使土样31整体受到完整的振动影响，从而模拟地震效果；此时，控制电机14驱动凸轮15转动，凸轮15则驱动长连杆16，注意，这时锁紧气缸24放松，锁紧罩26开口处的两伸出板23在长连杆16的伸缩下，进行收缩/张开运动，从而模拟锚杆33在地震时，围岩压力与地震效果对锚杆33自身的影响。

实施例2：同样的将锚杆33、土样31、垫板壳8以及千斤顶2安装好后，先控制锁紧气缸24收紧，启动千斤顶2，使土样31受到较大的围岩压力，然后启动控制电机14，将振动组件7在轨道4上滑动至合适角度，从而模拟出地震时不同方向的地震波，同时，长连杆16随振动组件7的凸轮15转动而不断作伸缩运动来推动围岩压力模拟组件6，使土样31整体受到完整的振动影响，从而模拟在围岩压力较大时的地震效果；从而模拟锚杆33在地震时，较大围岩压力与地震效果对锚杆33自身的影响。

实施例3：同样的将锚杆33、土样31、垫板壳8以及千斤顶2安装好后，先控制气缸10收紧，使土样31受到较大的围岩压力，然后直接启动千斤顶2，可以模拟在正常状态下，较大围岩压力对锚杆33自身的影响。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，其特征在于，包括：

土样(31)，所述土样(31)内安装有锚杆(33)

围岩压力模拟组件(6)，设置有若干个，从上至下依次套设在所述土样(31)外侧，所述围岩压力模拟组件(6)外侧还设置有一夹紧机构(5)，所述夹紧机构(5)控制所述围岩压力模拟组件(6)收紧以模拟所述锚杆(33)受到的围岩压力；

轨道(4)，设置有与所述围岩压力模拟组件(6)相同数量，套设在所述围岩压力模拟组件(6)外侧，所述轨道(4)上还滑动连接有振动组件(7)，所述振动组件(7)通过连接组件与所述夹紧机构(5)连接；

盛放组件，设置在最下方所述围岩压力模拟组件(6)靠近地面一侧，用于盛放所述土样(31)。

2.根据权利要求1所述的一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述围岩压力模拟组件(6)包括：

若干个内锁紧块(28)，套设在所述土样(31)外侧，远离所述土样(31)一侧固定有凸块(30)；

若干个外锁紧块(27)，套设在所述内锁紧块(28)外侧，靠近所述土样(31)一侧开设有滑槽(29)，所述凸块(30)滑动连接在所述滑槽(29)内，且所述滑槽(29)与所述凸块(30)相适配，所述内锁紧块(28)与所述外锁紧块(27)交错设置；

锁紧罩(26)，所述锁紧罩(26)为柔性罩，套设在若干个所述外锁紧块(27)外侧，且若干个所述外锁紧块(27)还卡接在所述锁紧罩(26)内；所述锁紧罩(26)一侧设置开口，所述开口处固定所述夹紧机构(5)。

3.根据权利要求2所述的一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述夹紧机构(5)包括：

一对伸出板(23)，分别固定在所述锁紧罩(26)开口处的两端；

锁紧气缸(24)，设置在两所述伸出板(23)之间，所述锁紧气缸(24)一端与其中一所述伸出板(23)铰接，所述锁紧气缸(24)另一活动端与另一所述伸出板(23)铰接；

一对短连杆(25)，两所述短连杆(25)分别与两所述伸出板(23)远离土样(31)一侧铰接，两所述短连杆(25)另一端均铰接在长连杆(16)上。

4.根据权利要求3所述的一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述振动组件(7)包括：

滑块(20)，滑动连接在所述轨道(4)上，所述轨道(4)远离所述土样(31)一侧设置有外壁(13)；

控制电机(14)，固定在所述滑块(20)上，所述控制电机(14)输出轴上固定有凸轮(15)，所述凸轮(15)与所述长连杆(16)铰接并偏心设置；

侧板(19)，固定在所述滑块(20)远离所述长连杆(16)一侧，所述侧板(19)与所述外壁(13)接触并滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述轨道(4)上设置有滑轨(21)，所述滑块(20)滑动连接在所述滑轨(21)上，所述轨道(4)上远离所述土样(31)一侧还固定有限位条(22)，所述限位条(22)限位所述侧板(19)。

6.根据权利要求1所述的一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述盛放组件包括：

底层震动室(12)，顶部固定有外支架(1)，所述底层震动室(12)通过所述外支架(1)支撑若干个所述围岩压力模拟组件(6)并固定；

盛放壳(9)，放置在所述底层震动室(12)内，所述盛放壳(9)底部设置有若干个万向轮；

底层震动组件，设置有若干个，并设置在所述盛放壳(9)与所述底层震动室(12)之间。

7.根据权利要求6所述的一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述底层震动组件包括：

气缸(10)，设置在所述盛放壳(9)一侧，固定端与所述底层震动室(12)内侧壁固定，活动端与所述盛放壳(9)外侧壁固定；

弹簧(11)，与所述气缸(10)对向设置，所述弹簧(11)一端与所述底层震动室(12)固定，另一段与所述盛放壳(9)固定。

8.根据权利要求6所述的一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述土样(31)顶部设置有垫板壳(8)，所述垫板壳(8)通过若干支板(3)与所述外支架(1)固定。

9.根据权利要求8所述的一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述垫板壳(8)远离所述土样(31)一侧设置有千斤顶(2)，所述锚杆(33)贯穿所述垫板壳(8)并贯穿所述千斤顶(2)。

10.根据权利要求1所述的一种超高强韧性锚杆拉拔试验装置，其特征在于，所述锚杆(33)上包裹混凝土(32)，所述锚杆(33)通过所述混凝土(32)与所述土样(31)固定。