CN203551388U - 锚杆室内拉伸—剪切试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锚杆室内拉伸—剪切试验装置，属岩土工程技术领域。试验装置由反力框架、水平加载系统、下剪切盒、竖向加载系统、水平导轨系统、上剪切盒、限位装置组成。水平导轨系统的结构设计，实现了上剪切盒沿水平加载方向的剪切移动，并能有效降低剪切过程中的摩擦阻力。竖向加载系统中的第一竖向加载千斤顶和第二竖向加载千斤顶连接同一液压控制系统，保证了测试锚杆在竖向加载过程中始终受到竖直向上的轴向拉伸力。本试验装置可实现锚杆在不同轴向拉拔力作用下的剪切破坏试验，克服了传统锚杆室内试验装置只能进行纯拉伸测试的缺陷，对于获取锚杆的拉伸—剪切破坏试验数据、认识锚杆在拉伸与剪切综合作用下的破坏机制具有重要意义。

Description

锚杆室内拉伸—剪切试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种锚杆室内拉伸—剪切试验装置，属岩土工程技术领域，该装置主要用于锚杆拉伸与剪切组合作用下破坏行为的室内试验研究中。 

背景技术

锚杆支护是隧道、边坡等地面工程及采场、巷道等地下工程中常用的一种经济、高效的围岩加固方式。锚杆对围岩的加固作用主要体现在锚杆两大方面的力学行为：（1）轴向锚固作用：岩体开挖卸荷后，围岩向开挖空间内变形，锚杆由于阻碍围岩变形而产生轴向锚固力，由于锚杆具有较好的抗拉拔能力，因而对围岩形成较高的支护围压，从而有效抑制围岩的变形；（2）切向抗剪作用：由于开挖卸荷，围岩内原生的软弱结构面、节理、裂隙以及新生的裂隙面等发生剪切错动位移，进而导致锚杆承受一定的剪切力作用。目前，现行的锚杆支护安全设计只考虑了锚杆的轴向锚固作用，即锚杆的抗拉强度能否满足工程设计要求，然而，工程现场统计表明，在大埋深、高地应力作用的条件下，深部围岩锚杆的破坏往往是在拉伸与剪切综合作用下导致的，而并非单纯的拉伸断裂破坏。锚杆的拉伸—剪切受力破坏过程可概括描述如下：锚杆安装完毕后，由于围岩向开挖空间内变形导致锚杆受到较大的轴向拉伸力的作用，同时软弱结构面、节理、裂隙等发生剪切位移，使得锚杆受到剪切力作用，当锚杆所承受的轴向拉伸力与剪切力满足一定条件时发生屈服，进而形成断裂破坏。目前，国内外学者对锚杆在纯拉伸作用下破坏机制的研究较多，而对锚杆在拉伸与剪切综合作用的破坏行为研究极少，主要原因是缺少能够满足要求的室内试验装置，即能够合理模拟锚杆拉伸—剪切受力破坏过程、能够同时提供拉伸与剪切作用力的试验装置。

发明内容

针对上述存在问题，本实用新型的目的在于提供一种锚杆室内拉伸—剪切试验装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种锚杆室内拉伸—剪切试验装置，所述的试验装置由反力框架、水平加载系统、下剪切盒、竖向加载系统、水平导轨系统、上剪切盒、限位装置组成，反力框架呈敞口状，水平加载系统由水平加载千斤顶、水平荷载传感器、水平位移传感器组成，水平加载千斤顶固定安装在反力框架内侧壁上，限位装置固定安装在反力框架另一内侧壁上，限位装置与水平加载千斤顶中心轴线平行，且在同一竖直平面内，下剪切盒固定安装在反力框架内部底面上，下剪切盒试样安装室的底面上对称开有四个下剪切试样固定螺孔，竖向加载系统由第一竖向加载千斤顶、第二竖向加载千斤顶、第一竖向荷载传感器、第二竖向荷载传感器、第一竖向位移传感器、第二竖向位移传感器组成，第一竖向加载千斤顶和第二竖向加载千斤顶对称固定安装在下剪切盒两侧，且位于下剪切盒中心线上，第一竖向加载千斤顶和第二竖向加载千斤顶中心轴线所组成的平面垂直于水平加载千斤顶和限位装置中心轴线所组成的平面，水平导轨系统由升降床、第一滚排、第二滚排组成，升降床活动套装在下剪切盒外壁面上，升降床两翼上对称开有第一滚排凹槽、第二滚排凹槽，第一滚排、第二滚排分别置于第一滚排凹槽和第二滚排凹槽内，上剪切盒活动置于第一滚排和第二滚排上。

所述的第一竖向加载千斤顶和第二竖向加载千斤顶连接同一液压控制系统。

所述的上剪切盒呈敞口状，底部开有矩形通孔，矩形通孔的长度和宽度分别与下剪切盒试样安装室的长度和宽度一致。

由于采用了以上技术方案，本实用新型锚杆室内拉伸—剪切试验装置，可实现锚杆在不同轴向拉拔力作用下的剪切破坏试验，克服了传统锚杆室内试验装置只能进行纯拉伸测试的缺陷。本实用新型锚杆室内拉伸—剪切试验装置，水平导轨系统的结构设计，实现了上剪切盒沿水平加载方向的剪切移动，并能有效降低上剪切盒水平移动过程中的摩擦阻力；上剪切盒的结构设计，可实现竖向加载系统对上剪切盒及上剪切试样的竖向加载，进而实现对测试锚杆的轴向拉伸作用；竖向加载系统中的第一竖向加载千斤顶和第二竖向加载千斤顶连接同一液压控制系统，使得第一竖向加载千斤顶和第二竖向加载千斤顶在加载上升过程中位移保持同步，进而保证了测试锚杆在整个竖向加载过程中始终受到竖直向上的拉拔力。本实用新型结构设计合理、操作简便，利用本试验装置能够合理模拟实际工程现场中锚杆的拉伸—剪切破坏过程，对于获取锚杆的拉伸—剪切破坏试验数据、认识锚杆在拉伸与剪切综合作用下的破坏机制及锚杆支护工程的安全设计具有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型锚杆室内拉伸—剪切试验装置的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是本实用新型试验装置的使用状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型锚杆室内拉伸—剪切试验装置作进一步详细的描述。

见附图。

锚杆室内拉伸—剪切试验装置，试验装置由反力框架1、水平加载系统、下剪切盒2、竖向加载系统、水平导轨系统、上剪切盒5、限位装置18组成，反力框架1呈敞口状，水平加载系统由水平加载千斤顶11、水平荷载传感器12、水平位移传感器13组成，水平加载千斤顶11固定安装在反力框架1内侧壁上，限位装置18固定安装在反力框架1另一内侧壁上，限位装置18与水平加载千斤顶11中心轴线平行，且在同一竖直平面内，下剪切盒2固定安装在反力框架1内部底面上，下剪切盒2试样安装室的底面上对称开有四个下剪切试样固定螺孔19，下剪切试样固定螺孔19的深度为25mm至45mm之间，下剪切试样固定螺孔19直径为10mm左右，下剪切试样固定螺孔19和固定螺杆21配合使用，可将下剪切试样20固定在下剪切盒2内，竖向加载系统由第一竖向加载千斤顶3、第二竖向加载千斤顶4、第一竖向荷载传感器14、第二竖向荷载传感器16、第一竖向位移传感器15、第二竖向位移传感器17组成，第一竖向加载千斤顶3和第二竖向加载千斤顶4对称固定安装在下剪切盒2两侧，且位于下剪切盒2中心线上，以保证升降床6在竖向加载过程中水平上升，第一竖向加载千斤顶3和第二竖向加载千斤顶4中心轴线所组成的平面垂直于水平加载千斤顶11和限位装置18中心轴线所组成的平面，水平导轨系统由升降床6、第一滚排9、第二滚排10组成，升降床6活动套装在下剪切盒2外壁面上，升降床6两翼上对称开有第一滚排凹槽7和第二滚排凹槽8，第一滚排9、第二滚排10分别置于第一滚排凹槽7和第二滚排凹槽8内，上剪切盒5活动置于第一滚排9和第二滚排10上，限位装置18主要作用在于，防止剪切过程中升降床6随着上剪切盒2一起水平移动，同时能够防止上剪切盒5因产生过大的水平剪切位移而从水平导轨系统上滑落。

第一竖向加载千斤顶3和第二竖向加载千斤顶4连接同一液压控制系统，可有效避免第一竖向加载千斤顶3和第二竖向加载千斤顶4在加载上升过程中的位移不一致的现象，使得竖向加载过程中，上剪切盒5和上剪切试样23整体保持水平状态缓慢上升，进而保证测试锚杆24在整个竖向加载过程中始终受到竖直向上的拉拔力，而不会出现偏心受拉的情况。测试锚杆24所受拉拔力即为第一竖向加载千斤顶荷载值和第二竖向加载千斤顶荷载值之和。

上剪切盒5呈敞口状，底部开有矩形通孔，矩形通孔的长度和宽度分别与下剪切盒2试样安装室的长度和宽度一致，上剪切盒5的结构设计，可实现竖向加载系统对上剪切盒5及上剪切试样23的竖向加载，进而实现对测试锚杆24的轴向拉伸作用。

本实用新型锚杆室内拉伸—剪切试验装置的工作原理，见附图3。

a 安装试样及锚杆。将下剪切试样20放置在下剪切盒2试样安装室内，并依次将四根固定螺杆21安装在下剪切试样固定螺孔19内，使得下剪切试样20固定在下剪切盒2内；在下剪切试样20的锚杆钻孔内放入适量锚固剂22（通常为树脂锚固剂），安装测试锚杆24，待锚固剂22凝固、与测试锚杆24完全粘结之后，将上剪切试样23安放在上剪切盒5内，使用垫板25及紧固螺母26将测试锚杆24与上剪切试样23固定，至此试样及锚杆安装完毕。

b 预加载。竖向预加载：设定第一竖向加载千斤顶3和第二竖向加载千斤顶4的预加载作用力，液压作用下第一竖向加载千斤顶3和第二竖向加载千斤顶4同步推动升降床6、上剪切盒5、上剪切试样23缓慢向上移动，使得测试锚杆24产生轴向拉伸力；水平预加载：水平加载千斤顶11在液压作用下，其加载面向着上剪切盒5移动，直至水平加载千斤顶11的加载面紧贴在上剪切盒5的外壁面。预加载完成后，可根据试验的需要，采用扭矩扳手对测试锚杆24进行预应力的施加。

c 锚杆拉伸—剪切试验。设定拉伸荷载值，第一竖向加载千斤顶3和第二竖向加载千斤顶4按照一定加载速率加载至预定拉伸荷载值，并由第一竖向位移传感器15、第二竖向位移传感器17同步获取竖向位移值；水平液压千斤顶11按照一定加载速率加载直至测试锚杆24发生破坏，并由水平位移传感器13同步获取水平剪切位移、水平荷载传感器12同步获取水平剪切荷载；试验结束后，拧下紧固螺母26和垫板25，将上剪切试样23从上剪切盒5中取出，并记录测试锚杆24的破坏形态及其破坏角度，将固定螺杆21从下剪切试样固定螺孔19中拧出，下剪切试样20从下剪切盒2中取出，至此，完成一根锚杆的拉伸-剪切试验。

d 试验数据分析。根据水平荷载传感器12 、水平位移传感器13、第一竖向荷载传感器14、第一竖向位移传感器15、第二竖向荷载传感器16、第二竖向位移传感器17获取的试验数据，分别绘制锚杆的拉伸荷载-拉伸位移、拉伸荷载-剪切荷载、拉伸位移-剪切位移、剪切荷载-剪切位移等关系曲线，并结合测试锚杆24的破坏形态，分析测试锚杆24的拉伸-剪切特性和破坏机制。

根据试验的需要，重复以上步骤，可进行不同锚杆类型、不同锚杆直径、不同预应力大小等影响因素下的锚杆拉伸-剪切测试试验。

Claims (3)

1.锚杆室内拉伸—剪切试验装置，其特征在于：所述的试验装置由反力框架（1）、水平加载系统、下剪切盒（2）、竖向加载系统、水平导轨系统、上剪切盒（5）、限位装置（18）组成，反力框架（1）呈敞口状，水平加载系统由水平加载千斤顶（11）、水平荷载传感器（12）、水平位移传感器（13）组成，水平加载千斤顶（11）固定安装在反力框架（1）内侧壁上，限位装置（18）固定安装在反力框架（1）另一内侧壁上，限位装置（18）与水平加载千斤顶（11）中心轴线平行，且在同一竖直平面内，下剪切盒（2）固定安装在反力框架（1）内部底面上，下剪切盒（2）试样安装室的底面上对称开有四个下剪切试样固定螺孔（19），竖向加载系统由第一竖向加载千斤顶（3）、第二竖向加载千斤顶（4）、第一竖向荷载传感器（14）、第二竖向荷载传感器（16）、第一竖向位移传感器（15）、第二竖向位移传感器（17）组成，第一竖向加载千斤顶（3）和第二竖向加载千斤顶（4）对称固定安装在下剪切盒（2）两侧，且位于下剪切盒（2）中心线上，第一竖向加载千斤顶（3）和第二竖向加载千斤顶（4）中心轴线所组成的平面垂直于水平加载千斤顶（11）和限位装置（18）中心轴线所组成的平面，水平导轨系统由升降床（6）、第一滚排（9）、第二滚排（10）组成，升降床（6）活动套装在下剪切盒（2）外壁面上，升降床（6）两翼上对称开有第一滚排凹槽（7）、第二滚排凹槽（8），第一滚排（9）、第二滚排（10）分别置于第一滚排凹槽（7）和第二滚排凹槽（8）内，上剪切盒（5）活动置于第一滚排（9）和第二滚排（10）上。

2.根据权利要求1所述的锚杆室内拉伸—剪切试验装置，其特征在于：所述的第一竖向加载千斤顶（3）和第二竖向加载千斤顶（4）连接同一液压控制系统。

3.根据权利要求1所述的锚杆室内拉伸—剪切试验装置，其特征在于：所述的上剪切盒（5）呈敞口状，底部开有矩形通孔，矩形通孔的长度和宽度分别与下剪切盒（2）试样安装室的长度和宽度一致。

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