锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法技术

本发明专利技术提供锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法，涉及岩石力学领域。针对目前锚杆锚网耦合支护岩体的抗冲击性能不便获取的问题，通过对布置有锚杆锚网的耦合岩体试样进行高应变率冲击试验，并配置相应的监测组件对冲击试验过程进行监测，建立岩体表面应变、裂纹演化特征、岩体破坏强度、锚杆变形量、吸能能力提高系数和岩体碎屑分布特征评价指标，对动力冲击条件下岩体锚固效果进行评价。具体步骤如下：对立方体岩体试件非冲击面布置锚网和锚杆并预紧，对试件表面喷涂散斑，获取耦合试件；对耦合试件布置监测组件，施加高应变率冲击载荷；通过监测组件获取耦合试件在冲击下的数据，收集岩体碎屑；对获取的数据进行处理分析，依据指标对锚固效果进行评价。依据指标对锚固效果进行评价。依据指标对锚固效果进行评价。

【技术实现步骤摘要】
锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法


[0001]本专利技术涉及岩石力学领域，具体涉及锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源开采深度的不断增加，冲击地压、巷道围岩大变形等深部工程灾害日益增多，给深部资源的高效开采造成了很大的威胁。冲击地压是采掘工作面岩体集聚的弹性变形能突然释放，产生强烈振动，造成岩体剧烈破坏的动力灾害。
[0003]锚杆（索）
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网耦合支护是一种经济有效的支护方式，锚网可将锚杆（索）预紧力的点荷载转化为面荷载，扩大主动支护有效面积，提高围岩的自承能力，从而提高围岩抵抗动力扰动与冲击的能力。为了测试锚杆锚网耦合后的抗冲击性能，需要可以模拟支护岩体剧烈破坏现象和过程的测试装置。现有的实验室测试设备均是将锚杆一端固定，对锚杆的另一端直接施加冲击荷载，这样实际测得的锚杆抗冲击性能包括锚杆全部长度受拉伸长所吸收的能量，测试得到的结果与锚杆现场特性有较大差别，目前的试验设备不能真实反映锚杆锚网
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围岩之间的相互作用，即锚杆锚网承受的冲击荷载与现场实际情况不一致，而且不能直接反映在冲击荷载作用下锚杆锚网耦合体对围岩的加固作用，同时，岩体剧烈破坏时为高应变率破坏，对于锚网耦合支护岩体高应变率下动力测试难以进行，缺乏相应的测试方法，难以得到锚杆锚网与岩体之间的相互耦合作用机理。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法，通过对布置有锚杆锚网的耦合岩体试样进行高应变率冲击试验，并配置相应的监测组件对冲击试验过程进行监测，设定评价指标对处理后的参数进行评价，辅助研究锚杆锚网耦合体与岩体之间的作用机理。
[0005]锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法，采用以下方案：包括：对立方体岩体试件非冲击面布置锚网和锚杆并预紧，对试件表面喷涂散斑，获取耦合试件；对耦合试件布置监测组件，并施加高应变率冲击载荷；通过监测组件获取耦合试件在冲击下的数据，收集岩体碎屑；对获取的数据进行处理分析，依据指标对锚固效果进行评价；其中，锚固效果指标包括：岩体表面应变、裂纹演化特征、岩体破坏强度、锚杆变形量、吸能能力提高系数和岩体碎屑分布特征。
[0006]进一步地，所述锚杆布置在试件侧面的四角位置，该侧面四角位置分别设有贯穿试件的锚杆，布置锚网后，对锚杆施加预紧力。
[0007]进一步地，所述锚网围绕试件非冲击面连续布置，包裹试件并避让锚杆，锚杆两端
安装压力监测元件。
[0008]进一步地，所述试件上锚杆的预紧力可调节，对不同试样配置不同预紧力分别获取冲击试验数据，对比分析不同预紧力下试样的抗冲击能力。
[0009]进一步地，所述监测组件包括压力监测元件、应力应变监测元件、位移监测元件及图像采集元件；压力监测元件布置于锚杆，应力应变监测元件布置于耦合试件，位移监测元件布置于耦合试件侧面，以监测岩体、锚网及锚杆位移，图像采集元件获取冲击试验时的图像。
[0010]进一步地，对耦合试件表面变形前后的散斑图像灰度进行相关性计算，获取试件的位移和应变参数，计算耦合试件岩体表面应变分布。
[0011]进一步地，采用盒维数法进行测量，采用不同码尺的正方形格子覆盖所测量区域，给定格子的码尺并计算出覆盖图像所需的方格的数目，进行拟合获取岩石裂纹分形维数，计算裂纹演化特征。
[0012]进一步地，利用布置在锚杆上的动态压力传感器监测得到压力随时间变化曲线，定义曲线峰值点为岩体破坏强度；利用激光引伸计实时测量锚杆位移，并计算锚杆的延伸率，得到锚杆变形量。
[0013]进一步地，分别计算耦合试件吸收的能量和无支护岩体试件吸收的能量，吸能能力提高系数等于耦合试件吸收的总能量与无支护岩体试件吸收的总能量之比；将锚网耦合支护岩体破坏后的碎屑按照粒径大小进行筛分，获取粒径不同的多组碎屑，计算每组碎屑质量占总质量的比值。
[0014]进一步地，所述评价包括以下步骤：将各个评价指标进行标准化处理；采用主客观综合赋权方法求取各个指标的权重；利用模糊综合评价法对岩体锚固效果进行评价。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：（1）针对目前锚杆锚网耦合支护岩体的抗冲击性能不便获取的问题，通过对布置有锚杆锚网的耦合岩体试样进行高应变率冲击试验，并配置相应的监测组件对冲击试验过程进行监测，设定评价指标对处理后的参数进行评价，模拟现场工况，获取耦合试样的抗冲击性能。
[0016]（2）根据锚网耦合支护岩体表面应变分布、裂纹分形维数、岩体破坏强度、锚杆轴向变形、吸能能力提高系数、岩体碎屑分布特征六个指标，采用“层次分析法+熵权法”主客观综合赋权方法求取各个指标的权重，利用模糊综合评价法对岩体锚固效果进行评价，辅助研究锚杆锚网耦合体与岩体之间的作用机理。
附图说明
[0017]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0018]图1为本专利技术实施例1中锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法的流程图。
[0019]图2为本专利技术实施例1中锚网耦合支护岩体冲击试验设备的示意图。
[0020]图3为本专利技术实施例1中锚网耦合支护岩体试件的示意图。
[0021]图4为本专利技术实施例1中锚网耦合支护岩体锚固效果评价层次结构模型示意图。
[0022]图中，1 霍普金森动力加载系统；2 子弹；3 激光测速计；4 入射杆；5 防护罩；6摄像机；7 耦合试件；8 透射杆；9 激光引伸计；10 应变片；11 托盘；12 锁具；13 动态压力传感器；14 锚杆；15 岩体试件冲击面；16 岩体试件；17 锚网。
具体实施方式
[0023]实施例1本专利技术的一个典型实施例中，如图1
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图4所示，给出一种锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法。
[0024]步骤一：根据岩体动力学测试标准制备立方体岩体试件16，对岩体试件16进行钻孔，钻孔垂直岩面打设并穿透试件，然后向钻孔内导入锚杆14和锚固剂。待锚固剂凝固后，铺设锚网17，并依次安装托盘11、锁具12、动态压力传感器13，并施加预紧力，在岩体表面喷涂散斑，完成锚杆14锚网17耦合支护岩体后得到耦合试件7。
[0025]步骤二：将耦合试件7布置于霍普金森动力加载系统1，设置防护罩5，耦合试件7夹持在入射杆4和透射杆8中间，在入射杆4和透射杆8上粘贴应变片10，将应变片10与超动态应变仪连接，仪器调试完成后开始冲击试验。
[0026]步骤三：在霍普金森压杆与冲击杆之间放置激光测速计3，测量子弹2速度。
[0027]步骤四：高压气体作为冲击动力源，发射管内嵌于压缩空气室的排气口，子弹2内置于发射管内，释放高压气体驱动子弹2作用于入射杆4，入射杆4作用于岩体试件冲击面15，完成动力冲击加载。
[0028]步骤五：利用监本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法，其特征在于，包括：对立方体岩体试件非冲击面布置锚网和锚杆并预紧，对试件表面喷涂散斑，获取耦合试件；对耦合试件布置监测组件，并施加高应变率冲击载荷；通过监测组件获取耦合试件在冲击下的数据，收集岩体碎屑；对获取的数据进行处理分析，依据指标对锚固效果进行评价；其中，锚固效果指标包括：岩体表面应变、裂纹演化特征、岩体破坏强度、锚杆变形量、吸能能力提高系数和岩体碎屑分布特征。2.如权利要求1所述的锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法，其特征在于，所述锚杆布置在试件侧面的四角位置，该侧面四角位置分别设有贯穿试件的锚杆，布置锚网后，对锚杆施加预紧力。3.如权利要求1所述的锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法，其特征在于，所述锚网围绕试件非冲击面连续布置，包裹试件并避让锚杆，锚杆两端安装压力监测元件。4.如权利要求2或3所述的锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法，其特征在于，所述试件上锚杆的预紧力可调节，对不同试样配置不同预紧力分别获取冲击试验数据，对比分析不同预紧力下试样的抗冲击能力。5.如权利要求1所述的锚网耦合支护岩体动力冲击试验与评价方法，其特征在于，所述监测组件包括压力监测元件、应力应变监测元件、位移监测元件及图像采集元件；压力监测元件布置于锚杆，应力应变监测元件布置于耦合试件，位移监测元件布置于耦合试件侧面，以监测岩体、锚网及锚杆位移，图像采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：江贝，吴文瑞，王琦，张后全，马凤林，章冲，李士栋，杨军，徐奴文，任文涛，张晓，薛浩杰，王帅，
申请(专利权)人：山东能源集团有限公司山东大学北京力岩科技有限公司北京数字岩石科技有限公司，
类型：发明
国别省市：