[发明专利]一种用于测试锚杆弯曲载荷的试验台及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿山支护技术领域，尤其涉及一种用于测试锚杆弯曲载荷的试验台及应用其测试锚杆弯曲载荷的方法。

背景技术

目前，锚杆支护已成为煤矿巷道安全高效的主要支护方式，在我国煤矿巷道中得到大面积推广应用。锚杆支护是将锚杆锚固于煤岩体内，拧紧杆尾螺母，对围岩施加预应力，约束巷道围岩的变形离层、碎胀与滑移错动。

锚杆支护施工过程中，锚杆安装钻孔轴线与围岩表面形成不同角度，安装托盘拧紧螺母时，锚杆杆体轴线向围岩表面法线方向偏转，在锚固段与自由段分界面处和钻孔孔口处发生弯曲，杆体承受弯曲载荷，直接影响锚杆的实际综合承载能力。研究锚杆承受的弯曲载荷，对深化锚杆支护机理研究，提高锚杆支护可靠性，保证工程安全具有重要意义。

研究锚杆工作过程中承受弯曲载荷时的力学性能的方法主要有两大类：井下试验与实验室试验。

井下试验主要测试的锚杆的轴向受力，只能反映锚杆在各种应力综合作用下形成的轴向应力或轴向载荷大小，无法区分实际载荷对锚杆的作用方式及幅度，也不能测试钻孔轴线与围岩表面倾斜时，杆体弯曲部位承受的弯曲载荷。因不能重新揭露钻孔中的锚杆，也不能测试锚杆杆体在弯曲载荷作用下的实际变形。此外，由于井下特殊的环境，一些先进的监测方法与仪器的应用也受到限制，而且能够监测的锚杆数量有限，代表性不足。

实验室试验目前主要进行锚杆杆体材料试件的拉伸、弯曲、扭转、剪切及材料冲击的单项试验，虽然测试的数据准确，能够反映锚杆材料的基本力学性能。但是，室内单项试验只反映锚杆材料的单一力学指标，无法模拟锚杆在安装钻孔与围岩表面的夹角变化时的受力情况，无法测试出锚杆在不同安装角度下承受的弯曲载荷。

因此，针对以上不足，需要一种能够在实验室内模拟钻孔轴线与围岩表面形成不同角度时，使锚杆发生弯曲的试验台及应用该试验台准确有效地测试出锚杆承受的弯曲载荷的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种用于测试锚杆弯曲载荷的试验台及测试方法，使得能够在实验室内模拟锚杆在不同安装角度下发生弯曲，能够准确有效地测试出锚杆承受的弯曲载荷，并可对锚杆弯曲部位的变形进行剖切观察。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于测试锚杆弯曲载荷的试验台，该试验台包括用于矿山支护的锚杆，该试验台还包括工作测试台、弯曲应力计和偏转装置，所述工作测试台上设有钻孔模型，所述锚杆一端插入钻孔模型以形成锚固段与自由段，所述偏转装置套装于锚杆的钻孔模型外露端，用于使所述锚杆发生弯曲变形，所述锚杆在钻孔模型的孔口处形成第一弯曲部，在锚固段与自由段的分界面处形成第二弯曲部，所述弯曲应力计分别安装于第一弯曲部和第二弯曲部位置，用于测试锚杆的弯曲应力。

其中，所述偏转装置包括斜垫板和托盘，所述托盘固定套设于位于钻孔模型外的锚杆上，所述斜垫板安装于钻孔模型的孔口处，用于改变所述托盘安装面与钻孔模型轴线之间的夹角。

其中，所述斜垫板安装于钻孔模型的孔口处，且位于斜垫板与冲击梁之间。

其中，所述斜垫板为斜面体结构。

其中，所述斜垫板的法线与钻孔轴线的倾斜度0°-75°。

其中，所述锚杆一端插入钻孔模型，并在钻孔模型的孔底段通过锚固剂与其孔壁粘结形成锚固段，在不与其孔壁粘结的孔口段形成自由段。

其中，所述锚固段内的煤岩体物理模型钻孔中装有锚固剂，所述锚杆通过锚固剂与煤岩体物理模型粘结在一起。

本发明还提供一种用于测试锚杆弯曲载荷的试验台的测试方法，包括如下步骤：

S1、将待测的锚杆锚固于工作测试台的钻孔模型内，在钻孔模型的孔口段形成自由段，在钻孔模型的孔底段形成锚固段；

S2、通过偏转装置对锚杆施加弯曲载荷，使锚杆在钻孔模型的孔口处形成第一弯曲部和在自由段与锚固段之间分界面处形成第二弯曲部；

S3、通过弯曲应力计分别测试第一弯曲部和第二弯曲部的弯曲应力。

其中，在步骤S2所述通过改变斜垫板的倾斜角度，以改变钻孔模型轴线与托盘安装表面的夹角，使锚杆受到不同的弯曲载荷。

其中，在步骤S1所述的钻孔模型的全长为煤岩体物理模型，锚固段长度随钻孔模型内装入锚固剂的数量变化可随意调整，直至进行钻孔模型全长锚固。

(三)有益效果