一种用于锚杆或锚索力学性能的多功能试验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于锚杆或锚索力学性能的多功能试验系统及方法，属于锚杆或锚索力学性能试验装置技术领域，包括外部主加载装置，外部主加载装置包括两相对设置的端部反力结构，端部反力结构中部固定中空加载油缸，中空加载油缸端部设有中空加载板；端部反力结构之间空间设置内部约束装置，内部约束装置包括两相对设置的反力约束挡板，反力约束挡板中部开设条形槽口；反力约束挡板之间安装L形试块或围岩试块，通过中空加载油缸和中空加载板对L形试块或围岩试块进行加载；由外部主加载装置和内部约束装置配合，进行锚杆或锚索多角度单剪试验或多工况锚固围岩承载性能试验或多工况锚固拉拔试验，解决了现有试验装置存在开展试验单一的问题。展试验单一的问题。展试验单一的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锚杆或锚索力学性能的多功能试验系统及方法


[0001]本专利技术属于锚杆或锚索力学性能试验装置
，具体涉及一种用于锚杆或锚索力学性能的多功能试验系统及方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]锚杆或锚索是岩土工程中一种常见的支护技术，因支护效果好、经济效益高，目前已被广泛应用于控制煤矿巷道、隧道、边坡等各类工程项目的岩土体稳定性。锚杆或锚索能阻止围岩离层、滑动以及控制围岩拉伸、剪切形成的裂隙，有效保持围岩的完整性，且锚杆或锚索通过深入到围岩内部，可与围岩共同组成复合承载整体，发挥围岩自承能力。近年来，随着施工环境越来越复杂，各类巷道、隧道、边坡工程开挖后，受开挖卸荷和应力重分布的影响，岩土体裂隙发育、整体强度较低，锚杆或锚索锚固失效严重日益凸显，给工程安全带来巨大挑战。在锚杆或锚索锚固力学性能及试验测试技术方面，仍存在以下问题：（1）在上述工程开挖后，岩土体内部包含大量节理裂隙，安装后的锚杆或锚索在节理面上处于拉剪受力状态，而锚杆或锚索在拉剪状态下力学性能尚未完全揭示，尤其关于拉伸状态锚杆或锚索杆体的剪切力学性能更是缺乏有效研究手段，需进一步深入研究；（2）锚杆或锚索与碎裂岩体的整体锚固性能未得到准确揭示，导致锚杆或锚索
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碎裂岩体的复合承载性能以及锚杆或锚索与碎裂岩体之间的作用机制尚不明确；利用常规的试验装置多工况锚固围岩承载性能试验时，碎裂岩体在制备及加载过程中易产生塌落垮塌，导致试验开展存在一定困难，难以开展碎裂岩体锚固承载性能试验，而且目前也欠缺相应的试验技术；（3）利用常规试验技术开展锚固拉拔试验时，难以同时考虑不同围岩应力、围岩强度属性及碎裂属性的影响，与现场实际围岩锚固受力状态存在差别，难以开展较为真实有效的锚固拉拔模拟试验，导致在此类复杂状态下锚杆或锚索锚固拉拔力学性能难以得到准确揭示；（4）在利用常规试验技术开展锚杆或锚索剪切力学试验时，如何保证试验过程中锚杆或锚索处于恒拉伸状态，并且保障消除剪切块处界面摩擦效应的不利影响，目前缺乏现有成熟的试验方法。比如，在利用直剪试验进行锚杆或锚索剪切力学性能测试时，若对锚杆或锚索施加轴向拉力，直剪试块界面上会产生相互挤压，且随着加载压力增大，直剪试块之间的界面摩擦力显著增大且难以消除，导致难以准确揭示在拉伸荷载作用下锚杆或锚索剪切力学性能试验结果，也会降低试验精度；锚杆或锚索和节理面之间往往会存在一定倾斜角度，当同时考虑锚杆或锚索的拉伸状态及锚杆或锚索与节理面之间的倾斜角度时，锚杆或锚索剪切性能测试试验研究装置及方法仍很欠缺；（5）目前常规的试验装置以及大多数学者所研究的试验装置仅能开展某一类试验，装置功能较为单一，欠缺能够开展多种复杂工况下锚杆或锚索力学性能试验的成套装置。

技术实现思路

[0004]针对目前常规的试验装置普遍存在开展试验单一的问题，难以开展多种复杂工况下锚杆或锚索力学性能测试，本专利技术的目的是提供一种用于锚杆或锚索力学性能的多功能试验系统及方法，该试验系统可开展多种复杂工况下的多类试验，比如锚杆或锚索多角度单剪试验、多工况锚固围岩承载性能试验、多工况锚固拉拔试验以及锚杆或锚索杆体轴向拉伸力学试验等。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：第一方面，本专利技术提供了一种用于锚杆或锚索力学性能的多功能试验系统，包括外部主加载装置，所述外部主加载装置包括两相对设置的端部反力结构，端部反力结构中部固定中空加载油缸，中空加载油缸端部设有中空加载板，由中空加载油缸推动中空加载板进行加载；所述端部反力结构之间空间设置内部约束装置，内部约束装置包括两相对设置的反力约束挡板，反力约束挡板中部开设条形槽口；所述反力约束挡板之间安装满足多种试验工况的L形试块或围岩试块，通过中空加载油缸和中空加载板对L形试块或围岩试块进行加载测试；由外部主加载装置和内部约束装置的配合，进行锚杆或锚索多角度单剪试验或多工况锚固围岩承载性能试验或多工况锚固拉拔试验。
[0006]作为进一步的技术方案，所述中空加载油缸通过进出油管与伺服油压加载控制系统相连，以模拟加卸载、恒加载压力及循环加卸载等多种工况，从而使系统可实现对不同工况的有效模拟。
[0007]作为进一步的技术方案，两所述端部反力结构间隔设置，且两端部反力结构的中空加载板相对设置。
[0008]作为进一步的技术方案，两所述端部反力结构之间通过第一连接杆连接，且两端部反力结构之间的间距可调。
[0009]作为进一步的技术方案，两所述反力约束挡板间隔设置，反力约束挡板与端部反力结构相垂直；两反力约束挡板之间通过第二连接杆连接。
[0010]作为进一步的技术方案，所述反力约束挡板底部设置底板，底板底部沿滑轨滑动，滑轨底部设置可调升底座，可调升底座底部设有可调升支撑，内部约束装置在中空加载油缸推力作用下沿滑轨移动。
[0011]作为进一步的技术方案，进行锚杆或锚索多角度单剪试验时，所述L形试块设置不同角度的开孔，锚杆或锚索穿过L形试块的开孔和反力约束挡板的条形槽口。
[0012]作为进一步的技术方案，进行锚杆或锚索多角度单剪试验时，所述锚杆或锚索两端对应于条形槽口外侧均设置滚动托盘，滚动托盘设有长条状的开孔以供锚杆或锚索穿过。
[0013]作为进一步的技术方案，进行锚杆或锚索多角度单剪试验时，所述锚杆或锚索端部在滚动托盘外侧穿过调心垫块，调心垫块与滚动托盘配合处带有弧度，以使调心垫块可转动；所述调心垫块端部设置用于锁定锚杆或锚索端头的锁具。
[0014]作为进一步的技术方案，进行多工况锚固围岩承载性能试验时，所述反力约束挡板之间设置两相对的横向推力垫块，横向推力垫块和反力约束挡板相垂直围成空间，空间内设置围岩试块，反力约束挡板顶部设置顶部盖板；所述反力约束挡板的条形槽口处设置槽型挡板。
[0015]作为进一步的技术方案，进行多工况锚固拉拔试验时，所述反力约束挡板之间设置两相对的横向推力垫块，横向推力垫块和反力约束挡板相垂直围成空间，空间内设置围岩试块，反力约束挡板顶部设置顶部盖板；所述反力约束挡板的条形槽口处设置槽型挡板，围岩试块供锚杆或锚索穿过，锚杆或锚索顶部与顶部中空加载油缸连接，且锚杆或锚索顶部端头处设置锁具。
[0016]利用如上所述的多功能试验系统进行锚杆或锚索多角度单剪试验时，包括以下步骤：将L形试块安装在内部约束装置中间；锚杆或锚索依次穿过L形试块和反力约束挡板的条形槽口，并在条形槽口外部利用滚动托盘、调心垫块与锁具对锚杆或锚索进行安装；对锚杆或锚索进行张拉，达到设定拉力水平时，停止张拉，并利用锁具在锚杆或锚索两端进行锁定；利用端部反力结构中部的中空加载油缸对L形试块左、右两端进行加载测试，加载过程中记录锚杆或锚索轴力与剪力的试验数据。
[0017]利用如上所述的多功能试验系统进行多工况锚固围岩承载性能试验时，包括以下步骤：在横向推力垫块安装完成后，在内部约束装置的内部进行围岩试块制作；在内部约束装置顶部安装顶部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锚杆或锚索力学性能的多功能试验系统，其特征是，包括外部主加载装置，所述外部主加载装置包括两相对设置的端部反力结构，端部反力结构中部固定中空加载油缸，中空加载油缸端部设有中空加载板，由中空加载油缸推动中空加载板进行加载；所述端部反力结构之间空间设置内部约束装置，内部约束装置包括两相对设置的反力约束挡板，反力约束挡板中部开设条形槽口；所述反力约束挡板之间安装满足多种试验工况的L形试块或围岩试块，通过中空加载油缸和中空加载板对L形试块或围岩试块进行加载测试；由外部主加载装置和内部约束装置的配合，进行锚杆或锚索多角度单剪试验或多工况锚固围岩承载性能试验或多工况锚固拉拔试验。2.如权利要求1所述的多功能试验系统，其特征是，所述中空加载油缸通过进出油管与伺服油压加载控制系统相连，以模拟加卸载、恒加载压力及循环加卸载多种工况。3.如权利要求1所述的多功能试验系统，其特征是，两所述端部反力结构间隔设置，且两端部反力结构的中空加载板相对设置；两所述端部反力结构之间通过第一连接杆连接，且两端部反力结构之间的间距可调。4.如权利要求1所述的多功能试验系统，其特征是，两所述反力约束挡板间隔设置，反力约束挡板与端部反力结构相垂直；两反力约束挡板之间通过第二连接杆连接；所述反力约束挡板底部设置底板，底板底部沿滑轨滑动，滑轨底部设置可调升底座，可调升底座底部设有可调升支撑，内部约束装置在中空加载油缸推力作用下沿滑轨移动。5.如权利要求1所述的多功能试验系统，其特征是，进行锚杆或锚索多角度单剪试验时，所述L形试块设置不同角度的开孔，锚杆或锚索穿过L形试块的开孔和反力约束挡板的条形槽口；所述锚杆或锚索两端对应于条形槽口外侧均设置滚动托盘，滚动托盘设有长条状的开孔以供锚杆或锚索穿过；所述锚杆或锚索端部在滚动托盘外侧穿过调心垫块，调心垫块与滚动托盘配合处带有弧度，以使调心垫块可转动；所述调心垫块端部设置用于锁定锚杆或锚索端头的锁具。6.如权利要求1所述的多功能试验系统，其特征是，进行多工况锚固围岩承载性能试验时，所述反力约束挡板之间设置两相对的横向推力垫块，横向推力垫块和反力约束挡板相垂直围成空间，空间内设置围岩试块，反力约束挡板顶部设置顶部盖板；所述反力约束挡板的条形槽口处设置槽型挡板。7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪涛，赵明珠，李建华，宣兆腾，高广龙，解学磊，赵万里，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：