CN210863392U - 一种用于锚索拉拔实验砼体围压加载装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于锚索拉拔实验砼体围压加载装置，技术方案是，底座中心固定有竖直向上伸出呈圆柱状的定位套，定位套中心开有盲孔状的定位孔，定位套两侧的底座上竖直设置有对称的油缸，油缸的活动部分之间固定有升降板，升降板中心开有供定位套穿过的导向孔，升降板上放置有下托板，下托板包括下托板本体和固定连接在下托板本体下表面的支撑套，下托板本体的放置有围压套，本实用新型减小锚索偏心受力，完成了重量巨大的混凝土试块的提升，通过围压套对混凝土试块施加围压，从而实现对原位环境岩石试件力学行为的监测、测试与分析，为采动岩层稳定控制的支护理论提供技术支撑。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于锚索拉拔实验砼体围压加载装置，可与实现扭矩与轴力解耦的锚索拉拔试验装置(ZL201720537878.8)配合使用，进行在围压作用下锚索拉拔试验。
背景技术
从世界范围内资源开采看，目前煤炭开采深度已达1 500m，地热开采深度超过3000m，有色金属矿开采深度超过4350m，油气资源开采深度达7500m。从中国资源开采来看，几十年持续的大规模资源开采使得浅部矿产资源已趋于枯竭，矿产资源开采已逐步进入1000～2000m以深水平。锚索锚固具有安全经济，充分发挥岩体自稳能力，从而在大量的边坡、隧道、矿山等方面得以广泛应用。在矿山方面，随着开采深度的不断增加，锚固难度也不断增加，地应力状态越来越复杂，深部开采灾害频发，如高能级岩爆与矿震、顶板大面积来压与冒落、大体量煤与瓦斯爆炸与突水。目前，为稳定围岩，我国很多矿区煤巷锚索支护率达到60％，有些矿区超过了90％，甚至达到100％。与浅部资源开采相比，锚索支护难度也不断增加，机理不清，难以预测和有效控制。
锚索锚固技术能够有效控制工程岩土体变形、充分发挥和提高岩土体稳定性、具有主动支护和安全经济等诸多优势，使得该技术在国内外大量边坡、隧道以及矿山开采等工程实践中得到了广泛推广和应用。从锚索支护角度，通过锚索拉拔实验，实现对原位环境岩石试件力学行为的监测、测试与分析，为采动岩层稳定控制的支护理论提供技术支撑，具有重要的理论意义和工程实用价值，申请人在之前已获得授权的专利号为ZL201720537878.8的实现扭矩与轴力解耦的锚索拉拔试验装置，实现了扭矩与轴力解耦下的锚索拉拔试验，由于其结构问题，并且实验以混凝土模拟围岩，根据弹性力学理论，试验设计时，考虑了边界等因素的影响，从而使混凝土试块尺寸、体积和重量大，导致提升难度高，此外，在锚索拉拔试验过程中，轴向拉拔力与锚索轴线的一致性也难以控制，出现偏心拉拔，再者该实验条件仍然与现场围岩受力(地应力)存在差异，特别是现场实际情况是存在大量围压的，因此，有待改进。
实用新型内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种用于锚索拉拔实验砼体围压加载装置，可有效解决锚索拉拔实验中混凝土试块对中、提升和施加围压的问题。
本实用新型解决的技术方案是：
一种用于锚索拉拔实验砼体围压加载装置，包括混凝土试块和锚索，锚索的下端与混凝土试块锚固在一起，该试块受力模拟装置还包括底座，底座中心固定有竖直向上伸出呈圆柱状的定位套，定位套中心开有盲孔状的定位孔，定位套两侧的底座上竖直设置有对称的油缸，油缸的活动部分之间固定有升降板，升降板中心开有供定位套穿过的导向孔，升降板上放置有下托板，下托板包括下托板本体和固定连接在下托板本体下表面的支撑套，支撑套站立在定位套外侧的升降板上，下托板本体中心开有上下贯通的穿孔，下托板本体的放置有围压套，所述的围压套中心设置有上下贯通的试块施加空间，定位套的定位孔内滑动插装有定位柱，定位柱的上部依次穿过导向孔和穿孔后伸入围压套的试块施加空间，伸入试块施加空间部分的定位柱上端固定连接有水平设置的上托板，混凝土试块放置在试块施加空间内的上托板上。
优选的，所述的围压套内部设置有相对密闭的施压腔，施压腔靠近试块施加空间一侧的侧壁为弹性材料的变形施压层，围压套下端的外壁上连接有与施压腔相连通的进油管，进油管上设置有第一阀门，围压套上端的外壁上连接有与施压腔相连通的放气管，放气管上设置有第二阀门。
本实用新型结构新颖独特，简单合理，通过定位套的定位孔、下托板本体中心的穿孔以及与定位孔相匹配的定位柱完成位置的对中，然后进行正式加载试验，从而减小锚索偏心受力，同时通过升降板带动下托板带、上托板、围压套以及混凝土试块同时上升，完成了重量巨大的混凝土试块的提升，最后通过围压套对混凝土试块施加围压，从而实现对原位环境岩石试件力学行为的监测、测试与分析，为采动岩层稳定控制的支护理论提供技术支撑，使用方便，效果好，是锚索拉拔实验配套试样装置上的创新，有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1-4为本实用新型的组装示意图。
图5-图8为本实用新型使用状态图，图5-图8中混凝土试块逐渐提升。
图9为本实用新型上托板的主视图。
图10为本实用新型上托板的仰视图。
图11为本实用新型下托板的主视图。
图12为本实用新型下托板的仰视图。
图13为本实用新型围压套的主视图。
图14为本实用新型围压套的剖视图。
图15为本实用新型围压套的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1-15给出，本实用新型包括混凝土试块8和锚索9，锚索9的下端与混凝土试块8锚固在一起，该试块受力模拟装置还包括底座1，底座1中心固定有竖直向上伸出呈圆柱状的定位套4，定位套4中心开有盲孔状的定位孔4a，定位套4两侧的底座上竖直设置有对称的油缸2，油缸2的活动部分之间固定有升降板3，升降板3中心开有供定位套穿过的导向孔3a，升降板3上放置有下托板，下托板包括下托板本体51和固定连接在下托板本体51下表面的支撑套52，支撑套52站立在定位套外侧的升降板上，下托板本体51中心开有上下贯通的穿孔51a，下托板本体51的放置有围压套7，所述的围压套7中心设置有上下贯通的试块施加空间7a，定位套4的定位孔4a内滑动插装有定位柱62，定位柱62的上部依次穿过导向孔和穿孔后伸入围压套7的试块施加空间7a，伸入试块施加空间7a部分的定位柱上端固定连接有水平设置的上托板61，混凝土试块8放置在试块施加空间7a内的上托板61上。
为保证使用效果，所述的围压套7内部设置有相对密闭的施压腔73，施压腔73靠近试块施加空间7a一侧的侧壁为弹性材料的变形施压层71，围压套7下端的外壁上连接有与施压腔73相连通的进油管76，进油管76上设置有第一阀门77，围压套7上端的外壁上连接有与施压腔73相连通的放气管74，放气管74上设置有第二阀门75。
进油管76通过管路以及手动泵与油箱相连，使用时，打开围压套放气管74上的第二阀门，同时打开第一阀门，通过手动泵对施压腔充油，使施压腔内能够充满液压油，可以在放气管上连接一根空心软管，空心软管的另一端与手动泵的放气阀相连，使液压油可以回收，重新注入手动泵内，不至于浪费，做到回收利用、节能环保的效果；当放气管有液压油溢出，持续注入液压油，待空心软管内的液压油注稳定，说明对施压腔充油完成，关闭第二阀门，然后对施压腔继续送油，其内壁上橡胶材料制成的变形施压层与混凝土渐渐接触在一起，在油压的作用下，产生围压，手动泵配套的压力表显示围压示数，可以达到想要的围压值，围压套的最大压力值达15Mpa，达到预设压力时，关闭第一阀门，液压油不会回流，即可达到围压的稳定。
所述定位柱62的外径小于定位孔4a的内径，导向孔3a的内径和穿孔51a的内径均大于定位套4的外径。
所述混凝土试块8的上端伸出围压套7的上口，伸出的长度小于混凝土试块总高度的1/20，目的是为保护围压套，使其免受轴向上的挤压力；混凝土试块上端面高于围压套上端的目的是，在锚索拉拔实验时，提升混凝土试块后可以将混凝土试块顶着锚索拉拔试验装置的下横梁，伸出的长度不宜过长是为了保证围压的施加能够尽量覆盖试块全部高度范围。油缸2包括缸体、滑动连接在缸体内的活塞杆2b和为油缸供油的进/回油口2a，活塞杆的下端固定在底座的上表面，进/回油口2a通过管路以及手动泵与油箱相连，管路上可设置阀门，通过启闭该阀门和手动泵可以为油缸提供油压，从而控制缸体的上升或下降，升降板3固定在缸体下端之间，也就是说，在本方案中，油缸的活动部分为缸体，缸体伸缩带动升降板上下移动，这种倒置式油缸布置的好处是可以使升降板3的初始位置位于一个较低的位置，以便后续的提升操作。
所述穿孔51a的孔径大于定位套4的外径，同时当油缸未伸出时，定位套4上部位于穿孔51a内，这样在组装下托板时起到一个定位的作用，也就是说，只要将下托板通过穿孔直接套装在定位套上，使定位套上部位于定位孔内即可，这样可以避免上托板下部的定位柱无法穿过穿孔并插入定位套的定位孔的情况。
所述变形施压层71采用橡胶制成，如采用具有良好的气密性、耐磨性、耐撕裂性的耐压耐油丁晴橡胶，具有密封性和抗膨胀性；比重：1.5；扯断力：5Mpa；伸长率：380％。其作为耐油材料，常在油类(机油、柴油、汽油、润滑油)介质中工作，用于油罐、油管道等的密封使用。包围施压腔其余部分的外壁72采用刚性的金属材料制成，如钢板等。
所述施压腔73的横截面、混凝土试块8的横截面和上托板的横截面均为圆形，且施压腔73横截面的直径大于混凝土试块横截面的直径，混凝土试块横截面的直径大于或等于托板横截面的直径，目的是保证混凝土试块放置在上托板上时可以位于试块施加空间内，同时当围压套内壁上橡胶材料制成的变形施压层向内施压时，不会被上托板阻挡。混凝土试块8放置在试块施加空间内，当施压腔73未受压时，混凝土试块8的侧壁与变形施压层71的间距小于3mm，这样可以加压后保证二者的接触施压，混凝土试块的尺寸控制可以在制作模具时就进行，最后脱模后还可以通过打磨塑形，使其与围压套内腔尺寸相匹配。
本实用新型使用时，首先组装试块受力模拟装置，将底座放置在锚索拉拔实验装置(申请人在在先申请的专利号为ZL201720537878.8的实现扭矩与轴力解耦的锚索拉拔试验装置)的底座上，将升降板3落到最低点(如图1所示)，再将下托板通过穿孔直接套装在定位套上，使下托板的支撑套52站立在定位套外侧的升降板上，同时定位套4上部位于下托板本体51中心的穿孔51a内，完成对中，将定位柱62穿过下托板本体51中心的穿孔51a插入定位套4中心的定位孔4a内(如图3所示)，再将围压套放置在上托板外侧的下托板本体的上表面，使上托板位于试块施加空间7a内(如图4所示)，油缸2的进/回油口2a通过管路以及手动泵与油箱相连，围压套的进油管76通过管路以及手动泵与油箱相连，完成组装。实验时，首先将混凝土试块8放置在试块施加空间内的上托板上(如图5所示)，对油缸2充油，伸缩杆伸出，带动升降板上升，升降板带动下托板以及下托板上的围压套一起上升(如图6所示)，围压套的试块施加空间逐渐包围混凝土试块，直到下托板本体51与上托板61接触(如图7所示)，此时，围压套的试块施加空间几乎完全包裹混凝土试件，由于未加围压，两者之间存在间隙，处于分离状态，继续对油缸施压，下托板带动上托板、围压套以及混凝土试块同时上升(如图8所示)，直到混凝土试块的上端面顶着锚索拉拔实验装置的下横梁，同时锚索穿过下横梁与上横梁上的拉伸旋转拉力轴相连，同步完成。打开围压套放气管74上的第二阀门，同时打开第一阀门，通过手动泵对施压腔充油，使施压腔内能够充满液压油，可以在放气管上连接一根空心软管，空心软管的另一端与手动泵的放气阀相连，使液压油可以回收，重新注入手动泵内，不至于浪费，做到回收利用、节能环保的效果；当放气管有液压油溢出，持续注入液压油，待空心软管内的液压油注稳定，说明对施压腔充油完成，关闭第二阀门，然后对施压腔继续送油，其内壁上橡胶材料制成的变形施压层与混凝土渐渐接触在一起，在油压的作用下，产生围压，手动泵配套的压力表显示围压示数，可以达到想要的围压值，围压套的最大压力值达15Mpa，达到预设压力时，关闭第一阀门，液压油不会回流，即可达到围压的稳定，然后进行进行拉拔试验，就可以在围压条件下进行锚索拉拔实验。与现有技术相比，本实用新型结构新颖独特，简单合理，通过定位套的定位孔、下托板本体中心的穿孔以及与定位孔相匹配的定位柱完成位置的对中，同时通过升降板带动下托板带、上托板、围压套以及混凝土试块同时上升，完成了重量巨大的混凝土试块的提升，最后通过围压套对混凝土试块施加围压，从而实现对原位环境岩石试件力学行为的监测、测试与分析，通过实际实验，发现在围压逐渐增大的情况下，拉拔力得到显著提高，通过实际实验，发现再围压逐渐增大的情况下，拉拔力显著提高，未施加围压时，拉拔力为73.5kN，围压为9MPa时，拉拔力分别为111.2kN，围压为15MPa时，拉拔力高达136.6kN，拉拔力几乎翻倍，同时混凝土的横、纵向应变也随着围压的增加明显的提高(通过在混凝土试块内预埋应变片进行测试)，当未施加围压时，横向应变的绝对值为0.8με，纵向应变的绝对值为6.85με，几乎不存在应变量，当围压为9MPa时，横向应变的绝对值达到247με，纵向应变的绝对值达到159με，当围压为15MPa时，横向应变的绝对值达到468με，纵向应变的绝对值达到504με，应变量差别十分巨大，很明显，本实用新型技术方案有利于更加真实的采集到混凝土试块在拉拔状态下的结构响应和应变分布规律，为采动岩层稳定控制的支护理论提供技术支撑，其使用方便，效果好，是锚索拉拔实验配套试样装置上的创新，有良好的社会和经济效益。
Claims (5)
1.一种用于锚索拉拔实验砼体围压加载装置，包括混凝土试块(8)和锚索(9)，锚索(9)的下端与混凝土试块(8)锚固在一起，其特征在于，该试块受力模拟装置还包括底座(1)，底座(1)中心固定有竖直向上伸出呈圆柱状的定位套(4)，定位套(4)中心开有盲孔状的定位孔(4a)，定位套(4)两侧的底座上竖直设置有对称的油缸(2)，油缸(2)的活动部分之间固定有升降板(3)，升降板(3)中心开有供定位套穿过的导向孔(3a)，升降板(3)上放置有下托板，下托板包括下托板本体(51)和固定连接在下托板本体(51)下表面的支撑套(52)，支撑套(52)站立在定位套外侧的升降板上，下托板本体(51)中心开有上下贯通的穿孔(51a)，下托板本体(51)的放置有围压套(7)，所述的围压套(7)中心设置有上下贯通的试块施加空间(7a)，定位套(4)的定位孔(4a)内滑动插装有定位柱(62)，定位柱(62)的上部依次穿过导向孔和穿孔后伸入围压套(7)的试块施加空间(7a)，伸入试块施加空间(7a)部分的定位柱上端固定连接有水平设置的上托板(61)，混凝土试块(8)放置在试块施加空间(7a)内的上托板(61)上。
2.根据权利要求1所述的用于锚索拉拔实验砼体围压加载装置，其特征在于，所述的围压套(7)内部设置有相对密闭的施压腔(73)，施压腔(73)靠近试块施加空间(7a)一侧的侧壁为弹性材料的变形施压层(71)，围压套(7)下端的外壁上连接有与施压腔(73)相连通的进油管(76)，进油管(76)上设置有第一阀门(77)，围压套(7)上端的外壁上连接有与施压腔(73)相连通的放气管(74)，放气管(74)上设置有第二阀门(75)。
3.根据权利要求1所述的用于锚索拉拔实验砼体围压加载装置，其特征在于，所述定位柱(62)的外径小于定位孔(4a)的内径，导向孔(3a)的内径和穿孔(51a)的内径均大于定位套(4)的外径。
4.根据权利要求1所述的用于锚索拉拔实验砼体围压加载装置，其特征在于，所述混凝土试块(8)的上端伸出围压套(7)的上口，伸出的长度小于混凝土试块总高度的1/20。
5.根据权利要求2所述的用于锚索拉拔实验砼体围压加载装置，其特征在于，所述变形施压层(71)采用橡胶制成，包围施压腔其余部分的外壁(72)采用刚性的金属材料制成。
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Granted publication date: 20200626 |