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用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置及方法

阅读:409发布:2020-05-16

专利汇可以提供用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了用于测试三轴加载时锚杆 拉拔 疲劳特性的实验装置及方法,包括主缸体,主缸体的底部和 侧壁 上设有进液孔,进液孔连接有油 泵 ,主缸体内的底部设有轴压 活塞 ,轴压活塞上设有下端板,下端板上设有围岩,围岩的顶部设有上端板,上端板上设有承压盖板,主缸体的顶部设有密封盖,围岩的顶部插设有锚杆,锚杆和围岩之间填充有锚固剂,锚杆外套设有 钢 管,锚杆与钢管之间填充锚固剂,承压盖板上设有千斤顶,千斤顶的活塞顶部设有压 力 传感器 ,钢管依次穿过千斤顶和 压力传感器 且顶部螺接有 定位 托盘,定位托盘位于压力传感器上,本发明提供了一种能模拟实际工程环境的用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置及方法。,下面是用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置及方法专利的具体信息内容。

1.用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置,其特征是:包括主缸体,所述主缸体的顶部和侧壁上设有进液孔,所述进液孔连接有油,所述主缸体内的底部设有轴压活塞,所述轴压活塞分隔主缸体顶部和侧壁的进液孔,所述轴压活塞上设有下端板,所述下端板上设有围岩,所述围岩的顶部设有上端板,所述上端板上设有承压盖板,所述主缸体的顶部设有密封盖,所述围岩的顶部插设有锚杆,所述锚杆和围岩之间填充有锚固剂,所述锚杆外套设有管,所述锚杆与钢管之间填充锚固剂,所述锚杆伸入围岩部分短于锚杆与钢管之间的连接部分,所述承压盖板上设有千斤顶,所述千斤顶的活塞顶部设有压传感器,所述钢管依次穿过千斤顶和压力传感器且顶部螺接有定位托盘,所述定位托盘位于压力传感器上。
2.根据权利要求1所述的用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置,其特征是:所述围岩的圆周侧壁上套设有热缩套。
3.根据权利要求1所述的用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置,其特征是:所述千斤顶的缸体上设有定位环,所述定位环上设有若干根竖直的定位销,所述定位销穿过定位托盘。
4.根据权利要求1所述的用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置,其特征是:所述定位销设有两根或者三根且沿定位环的圆周方向均匀分布。
5.根据权利要求1所述的用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置,其特征是:所述定位托盘的圆周外壁上螺接有支撑板,所述钢管上对应支撑板的上方螺接有紧固螺母,所述紧固螺母的外径大于定位托盘顶部的外径,所述支撑板上设有若干LVDT位移传感器,所述LVDT位移传感器的下部的伸缩杆与千斤顶缸体的上表面接触
6.根据权利要求5所述的用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置,其特征是:所述LVDT位移传感器设有三个或者两个,且沿钢管的圆周方向均匀分布。
7.根据权利要求1所述的用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置,其特征是:所述钢管内设有内螺纹
8.根据权利要求1所述的用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置,其特征是:所述热缩套为厚度为1~2mm的聚全氟乙丙烯透明套管
9.用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验方法,其特征是,包括如下步骤:
(1)将提前制备好的围岩试样在上端中心钻孔,钻孔深度根据需要的锚固长度确定,然后将围岩放置于上端板和下端板之间,用热缩套将上端板、下端板和围岩之间进行密封,用锚固剂将锚杆上端、下端分别锚固于钢管与围岩钻孔内;
(2)将锚固好的组合体放入三轴室内,盖上承压盖板和密封盖,然后连接电液伺服控制器采用应力控制方式将三轴室围压加载至预设值,加载速率取0.01~0.1MPa/s,围压稳定后再将轴压加载至预设值;
(3)将千斤顶、压力传感器、定位托板、LVDT位移传感器支撑板、紧固螺母依次穿过钢管进行安装,然后再将LVDT位移传感器、定位销分别放入LVDT位移传感器支撑板和定位托板安装孔内;
(4)将电液伺服控制系统分别连接千斤顶的推进油腔和回缩油腔,通过控制两油腔中液压油的流速实现千斤顶活塞的上下往复运动,从而对锚杆施加不同循环拉拔控制参数下的疲劳测试,测试过程中锚杆受的实时拉拔力和位移分别通过压力传感器和位移传感器通过数据线传输至计算机系统

说明书全文

用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及岩石试验装置领域,更具体涉及用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置及方法。

背景技术

[0002] 锚杆/索支护是岩土、采矿、边坡及利等工程领域广泛应用的一项主动加固技术,针对锚杆/索在不同工程环境下的锚固质量学性能已开展了大量的实验室和现场测试研究,由于现场测试受工程环境的制约,其不可控因素较多,可重复性性较差,测试成本也较高,因此目前主要以实验室测试为主要研究手段。
[0003] 其中在实验室内开展较多的为静态拉拔试验,试验中一般采用管或者人工岩样(混凝土)模拟工程岩体,锚杆/索通过树脂类锚固剂或水泥砂浆锚固于钢管或人工岩样中,然后采用拉拔试验机或千斤顶进行拉拔试验,测试锚杆/索在拉拔过程中的应力应变曲线。
[0004] 在上述所提及的室内锚固系统测试方案中,钢管或人工岩样内均是处于自由状态,这与现实工程中围岩所处环境是不一致的,当所要加固的围岩处于地下较深位置时,围岩受地应力作用其内部为三向应力状态,不同的应力状态将对锚杆的锚固力学性能产生较大影响,此外,在常规室内拉拔试验中均为静态拉拔,而在岩土领域,由于受地震、爆破、行车荷载等影响,锚杆/索实际所受的力不是静态的,而是具有一定周期的循环(动载)载荷,在该工况下,锚杆/索所能承受的最大拉拔力将大大降低,在低于静态拉拔极限条件下即会发生疲劳失效,严重威胁被加固工程的安全。
[0005] 基于以上不足,亟需一种可以真实还原锚固体应力状态,同时又可以进行循环加卸载拉拔试验的装置及试验方法,以更好的研究在不同锚固条件下锚杆/索疲劳力学特性和变形特征,为循环荷载扰动下的锚杆支护设计和失效控制提供理论基础

发明内容

[0006] 针对现有技术的不足,本发明提供了一种能模拟实际拉拔环境的用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置。
[0007] 为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置,包括主缸体,所述主缸体的顶部和侧壁上设有进液孔,所述进液孔连接有油,所述主缸体内的底部设有轴压活塞,所述轴压活塞上设有下端板,所述下端板上设有围岩,所述围岩的顶部设有上端板,所述上端板上设有承压盖板,所述主缸体的顶部设有密封盖,所述围岩的顶部插设有锚杆,所述锚杆和围岩之间填充有锚固剂,所述锚杆外套设有钢管,所述锚杆与钢管之间填充锚固剂,所述承压盖板上设有千斤顶,所述千斤顶的活塞顶部设有压力传感器,所述钢管依次穿过千斤顶和压力传感器且顶部螺接有定位托盘,所述定位托盘位于压力传感器上。
[0008] 进一步的所述围岩的圆周侧壁上套设有热缩套。
[0009] 进一步的所述千斤顶的缸体上设有定位环,所述定位环上设有若干根竖直的定位销,所述定位销穿过定位托盘。
[0010] 进一步的所述定位销设有两根或者三根且沿定位环的圆周方向均匀分布。
[0011] 进一步的所述定位托盘的圆周外壁上螺接有支撑板,所述钢管上对应支撑板的上方螺接有紧固螺母,所述紧固螺母的外径大于定位托盘顶部的外径,所述支撑板上设有若干LVDT位移传感器,所述LVDT位移传感器的下部的伸缩杆与千斤顶缸体的上表面接触
[0012] 进一步的所述LVDT位移传感器设有三个或者两个,且沿钢管的圆周方向均匀分布。
[0013] 进一步的所述钢管内设有内螺纹
[0014] 进一步的所述热缩套为厚度为1~2mm的聚全氟乙丙烯透明套管
[0015] 用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验方法,包括如下步骤:
[0016] (1)将提前制备好的围岩试样在上端中心钻孔,钻孔深度根据需要的锚固长度确定,然后将围岩放置于上端板和下端板之间,用热缩套将上端板、下端板和围岩之间进行密封,用锚固剂将锚杆上端、下端分别锚固于钢管与围岩钻孔内;
[0017] (2)将锚固好的组合体放入三轴室内,盖上承压盖板和密封盖,然后连接电液伺服控制器采用应力控制方式将三轴室围压加载至预设值,加载速率取0.01~0.1MPa/s,围压稳定后再将轴压加载至预设值;
[0018] (3)将千斤顶、压力传感器、定位托板、LVDT位移传感器支撑板、紧固螺母依次穿过钢管进行安装,然后再将LVDT位移传感器、定位销分别放入LVDT位移传感器支撑板和定位托板安装孔内;
[0019] (4)将电液伺服控制系统分别连接千斤顶的推进油腔和回缩油腔,通过控制两油腔中液压油的流速实现千斤顶活塞的上下往复运动,从而对锚杆施加不同循环拉拔控制参数下的疲劳测试,测试过程中锚杆受的实时拉拔力和位移分别通过压力传感器和位移传感器通过数据线传输至计算机系统
[0020] 综上所述,本发明的有益效果:
[0021] 1)通过三轴室可以对围岩施加压力不同的围压及轴压,可更好的还原锚固体所处的真实应力环境,所测试出的锚固承载力学性能数据更有针对性和实用性;
[0022] 2)通过空心千斤顶的伸缩,可以实现锚杆/索在不同循环幅度、频率等参数下的疲劳拉拔测试,同时该实验装置也可开展静力拉伸试验;
[0023] 3)对锚杆的上部采用钢管固定方式,避开了传统的紧方式,避免了锁紧部位锚杆出现过大的锁紧应力而发生破断,增大了该试验装置的应用范围,能够测试不同材质的锚杆。附图说明
[0024] 图1为本发明用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置;
[0025] 图2是支撑板的平面结构示意图;
[0026] 图3是定位托板的平面结构示意图;
[0027] 图4是定位环的平面结构示意图;
[0028] 图5为本装置抗冲击试验的结构图。。
[0029] 标注说明:1、轴压活塞;2、围岩;3、进液孔;4、热缩套;5、锚固剂;6、密封盖;7、承压盖板;8、千斤顶;10、定位环;11、支撑板;12、LVDT位移传感器;13、定位销;14、锚杆;15、紧固螺母;16、定位托板;17、压力传感器;18、钢管;19、上端板;20、主缸体;21、下端板;22、冲击支架;23、冲击座;24、支撑座;25、冲击结构。

具体实施方式

[0030] 参照图1至图4对本发明用于测试三轴加载时锚杆拉拔疲劳特性的实验装置的实施例作进一步说明。
[0031] 用于测试三轴加载时锚杆14拉拔疲劳特性的实验装置,包括主缸体20,所述主缸体20的顶部和侧壁上设有进液孔3,所述进液孔3连接有油泵,所述主缸体20内的底部设有轴压活塞1,所述轴压活塞1上设有下端板21,所述下端板21上设有围岩2,所述围岩2的顶部设有上端板19,所述上端板19上设有承压盖板7,所述主缸体20的顶部设有密封盖6,所述围岩2的顶部插设有锚杆14,所述锚杆14和围岩2之间填充有锚固剂5,所述锚杆14外套设有钢管18,所述锚杆14与钢管18之间填充锚固剂5,所述承压盖板7上设有千斤顶8,所述千斤顶8的活塞顶部设有压力传感器17,所述钢管18依次穿过千斤顶8和压力传感器17且顶部螺接有定位托盘,所述定位托盘位于压力传感器17上。
[0032] 实验时,将提前制备好的围岩2试样在上端中心钻孔,钻孔深度根据需要的锚固长度确定,然后将围岩2放置于上端板19和下端板21之间,上端板19和下端板21压紧围岩2,用锚固剂5将锚杆14上、下端分别锚固于钢管18与围岩2钻孔内,将锚固好的组合体放入三轴室内,盖上承压盖板7和密封盖6,然后通过电液伺服控制器控制油泵采用应力控制方式将三轴室围压加载至预设值,加载速率取0.01~0.1MPa/s,围压稳定后再将轴压加载至预设值,通过三轴室可以对围岩2施加压力不同的围压及轴压,可更好的还原锚固体所处的真实应力环境,所测试出的锚固承载力学性能数据更有针对性和实用性,将空心千斤顶8、压力传感器17、定位托板16、依次穿过钢管18进行安装,安装好后,通过千斤顶8的上下往复运动带动压力传感器17向上运动,由于定位托盘位于压力传感器17上且螺接在钢管18的端部,使得钢管18被带动向上运动,而钢管18与锚杆14之间通过锚固剂5连接,使得锚杆14被带动具有向上的运动趋势,为确保锚杆14伸入岩石部分早于锚杆14与钢管18之间的相对位移,本实施例中锚杆14伸入岩石部分短于锚杆14与钢管18之间的连接部分,在空心千斤顶8活塞上下往复运动的作用下,从而对锚杆14施加不同循环拉拔控制参数下的疲劳测试,测试过程中锚杆14受的实时拉拔力由压力传感器17记录,当压力传感器17上的压力值小于预设值的时候,表示锚杆14被完全拔出,本实施例中通过锚杆14与钢管18采用锚固剂5连接,避开了传统的锁紧方式,避免了锁紧部位锚杆14出现过大的锁紧应力而发生破断,增大了该试验装置的应用范围,能够测试不同材质的锚杆14。
[0033] 本实施例优选的所述围岩2的圆周侧壁上套设有热缩套4,通过热缩套4将上、下端板21和围岩2之间进行密封,防止液压油渗入围岩2影响实验结果。
[0034] 本实施例优选的所述千斤顶8的缸体上设有定位环10,所述定位环10上设有若干根竖直的定位销13,所述定位销13穿过定位托盘,所述定位销13设有两根或者三根且沿定位环10的圆周方向均匀分布,通过定位销13的定位可以防止定位托盘在锚杆14拉拔过程中发生旋脱。
[0035] 本实施例优选的所述定位托盘的圆周外壁上螺接有支撑板11,所述钢管18上对应支撑板11的上方螺接有紧固螺母15,所述紧固螺母15的外径大于定位托盘顶部的外径,所述支撑板11上设有若干LVDT位移传感器12,所述LVDT位移传感器12的下部的伸缩杆与千斤顶8缸体的上表面接触,由于支撑板11被夹在紧固螺母15和定位托盘之间,因此支撑板11上的LVDT位移传感器12带动上下往复运动,从而可以根据LVDT位移传感器12的伸缩杆的伸缩量可以通过传感器转换成电信号传输至数据接收端。
[0036] 本实施例优选的所述LVDT位移传感器12设有三个或者两个,且沿钢管18的圆周方向均匀分布,提高检测精度
[0037] 本实施例优选的所述钢管18内设有内螺纹,这样可以提高钢管18与锚固剂5之间的粘结力。
[0038] 本实施例优选的所述热缩套4为厚度为1~2mm的聚全氟乙丙烯透明套管,在受热时收缩密封围岩2和上端板19、下端板21。
[0039] 如图5所示,本装置还可以将空心千斤顶8拆下,底部连接冲击座23,顶部连接支撑座24,并倒置于冲击支架22上,通过冲击支架22上的冲击结构25冲撞冲击座23,通过冲击座23将冲击力传递到锚杆14的端部,用于测试锚杆14在三轴压力下抗冲击的能力,从而实现同一装置可测得两种试验结果。
[0040] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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