[发明专利]一种地下工程模型试验用锚杆测力计

说明书

技术领域

本发明涉及一种锚杆测力计，尤其涉及一种地下工程模型试验用锚杆测力计。

背景技术

地质力学模型试验是根据相似理论将实际工程转换为室内模型进行试验模拟，其有利于在复杂的试验过程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象的内在联系，其中，地下工程模型试验是对隧道、煤巷等地下工程进行仿真模拟，指导地下工程设计和施工的一种有效方法和手段。在地下工程模型试验中，洞室开挖后，需要模拟洞室的支护如模拟锚杆支护，目前，模型试验中锚杆的模拟技术逐渐趋于成熟，但对于锚杆的受力监测缺乏有效手段，难以对模型试验施工模拟过程中锚杆支护构件的支护状况进行深入的分析。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种地下工程模型试验用锚杆测力计，该测力计结构简单、使用方便，以解决模型试验中锚杆的受力监测问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种地下工程模型试验用锚杆测力计，包括两个托盘、两个托盘之间的圆筒状合金管，圆筒状合金管管壁上有两个使锚杆垂直穿过的锚杆孔，圆筒状合金管的管壁上固定有光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器通过光纤接到光纤光栅数据采集系统。

所述的光纤光栅应变传感器设在圆筒状合金管两个锚杆孔之间的外管壁上，且其上涂有防护胶。

所述的托盘为平面型托盘。

所述圆筒状合金管根据模型试验中锚杆的受力大小比选材料，并且所选金属材料可保证测力计使用时合金管变形不超出弹性阶段。

上述地下工程模型试验用锚杆测力计的使用方法，包括步骤如下：

（1）标定得出关系曲线：将锚杆插入地下工程模型试验用锚杆测力计的锚杆孔，两个托盘与圆筒状合金管接触，锚杆下端插入带圆孔的钢制平台的圆孔内，光纤光栅应变传感器通过光纤接到光纤光栅数据采集系统上，使锚杆下端受一定大小的拉力并逐步增加，同时通过光纤光栅数据采集系统测量得到光纤光栅应变传感器对应应变值，最终得到锚杆受力-测力计应变的关系曲线；

（2）实际测定：将已装配的地下工程模型试验用锚杆测力计的锚杆打入待测模型中，其中一个托盘与待测模型表面接触，另一托盘通过螺母固定，圆筒状合金管受挤压产生应变，通过光纤光栅数据采集系统得到其应变值，再对照标定得到的锚杆受力-测力计应变关系曲线从而得到锚杆受力。

锚杆所受拉力控制在一定范围内，保证测力计合金圆管变形不超出弹性阶段；

本发明解决了模型试验中锚杆受力监测的问题，具有以下优点：

（1）制作简单，成本低，能满足模型试验批量生产使用的要求；

（2）使用方便，测量精度高，能确地对模型试验过程中锚杆的受力变化进行测测试；

（3）本发明可广泛应用于水利、交通、矿山等地下工程领域的地质力学模型试验研究。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为本发明标定试验时的示意图。

图4为本发明的使用示意图；

其中：1、圆筒状合金管；2、光纤光栅应变传感器；3、光纤；4、防护胶；5、锚杆孔；6、锚杆；7、托盘；8、螺母；9、光纤光栅数据采集系统；10、钢制平台；11、圆孔；12、待测模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种地下工程模型试验用锚杆测力计，包括两个托盘7，两个托盘7间设有一段圆筒状合金管1，圆筒状合金管1管壁上有两个锚杆孔5使锚杆6垂直穿过，圆筒状合金管1的管壁上固定有光纤光栅应变传感器2，光纤光栅应变传感器2通过光纤3接到光纤光栅数据采集系统9。

光纤光栅应变传感器2设在圆筒状合金管1两个锚杆孔5之间的外管壁上，且其上涂有防护胶4。托盘7为平面型托盘。圆筒状合金管1根据模型试验中锚杆的受力大小比选材料，并且所选金属材料可保证测力计使用时合金管变形不超出弹性阶段。

上述地下工程模型试验用锚杆测力计的使用方法，包括步骤如下：

（1）标定得出关系曲线：将地下工程模型试验用锚杆测力计的锚杆6下端插入带圆孔11的钢制平台10的圆孔11内，两个托盘7与圆筒状合金管1接触，光纤光栅应变传感器2通过光纤3接到光纤光栅数据采集系统9上，使锚杆6下端受一定大小的拉力并逐步增加，同时通过光纤光栅数据采集系统9测量得到光纤光栅应变传感器2对应应变值，最终得到锚杆受力-测力计应变的关系曲线；