[发明专利]一种测试锚杆轴向载荷与轴向变形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，尤其涉及一种测试锚杆轴向载荷与轴向变形的试验台及测试方法。

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，安装托盘拧紧螺母时，在锚杆体内形成初始轴向拉伸载荷，并产生初始轴向变形。锚杆安装完成后支护过程中，围岩离层碎胀变形时，锚杆承受的轴向拉伸载荷与轴向变形量增加。此外，围岩变形引起的钻孔破坏，影响锚杆锚固段的稳定，甚至造成锚杆在一定轴向载荷作用下沿钻孔轴向滑动。杆体承受的轴向载荷或轴向变形达到杆体极限承载力或极限变形量，是锚杆最终破坏的主要形式。研究锚杆支护过程承受轴向载荷与轴向变形性能，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。

研究锚杆承受轴向荷载与轴向变形性能的方法主要有两大类：井下试验与实验室试验。

井下试验测试的锚杆的轴向受力，包括了剪切载荷、弯曲载荷等各种复杂外力作用下，在杆体内形成的总轴向载荷，只能反映锚杆在各种应力综合作用下形成的总轴向应力或总轴向载荷大小，无法区分实际载荷对锚杆的作用方式及幅度，不能测试围岩离层碎胀时杆体轴向载荷。因不能取出锚固在围岩内的锚杆，只能测试巷道围岩的移近量分析支护区岩层的变形，无法测试锚杆的实际变形。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依据试验标准进行锚杆杆体材料试件的拉伸试验，测试锚杆的轴向承载力和拉伸过程的杆体轴向变形，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，室内试验只反映锚杆材料力学指标，无法模拟锚杆支护过程在围岩离层碎胀时的轴向受力情况，也无法测试出锚杆支护过程的轴向承载力和实际轴向变形。

因此，针对以上不足，需要一种能够在实验室内模拟锚杆安装和工作过程轴向受力与变形的试验台及应用该试验台准确有效地测试出锚杆锚固后的轴向承载力与轴向变形性能的方法。

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测试锚杆轴向载荷与轴向变形的试验台及测试方法，使得在实验室内能够模拟锚杆安装和工作过程轴向受力变化与变形，并且能够准确有效地测试出锚杆锚固后的轴向受力与轴向变形过程。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种测试锚杆轴向载荷与轴向变形的试验台，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、拉伸装置、驱动机构、负荷传感器和位移传感器，所述工作测试台内设有用于锚固锚杆的钻孔模型，所述拉伸装置包括冲击梁和拉伸顶梁，所述锚杆一端锚固在钻孔模型内，另一端固定在冲击梁的端面上；所述拉伸顶梁在驱动机构的带动下顶推作用于冲击梁，以使所述锚杆承受轴向拉伸载荷并发生轴向拉伸变形；所述负荷传感器位于冲击梁和拉伸顶梁之间，用于测试所述轴向拉伸载荷，所述位移传感器分别安装于锚杆的两端，用于测试所述轴向变形量。

其中，所述驱动机构为两个油缸，所述油缸通过机架安装在工作测试台上，且所述油缸的活塞杆与拉伸顶梁固定连接，用于驱动所述拉伸顶梁沿锚杆的轴向顶推作用于所述冲击梁上，所述冲击梁带动所述锚杆产生轴向拉伸载荷并发生轴向拉伸变形。

其中，所述油缸对称设置于钻孔模型的两侧，所述油缸的活塞杆与钻孔模型的轴线平行。

其中，所述锚杆穿过冲击梁和拉伸顶梁且锚固于钻孔模型内，通过螺母、托盘、调心球形垫圈锁紧于冲击梁的端面上。

其中，所述锚杆通过锚固剂与构成钻孔模型的煤岩体物理模型粘结。

其中，所述位移传感器通过外部支架安装于锚杆的两端。

其中，所述位移传感器的数量为两个，其中一个所述位移传感器位于锚杆的钻孔模型外露端，且与锚杆端面中心处相连；另一个所述位移传感器位于锚杆的钻孔模型孔底端，且穿过固定扭矩传感器中心孔与锚杆端面中心处相连。

本发明还包括一种用于测试锚杆锚固后轴向载荷与轴向变形的测试方法，包括如下步骤：

S1、将待测的锚杆一端锚固于工作测试台的钻孔模型内；

S2、通过驱动机构带动拉伸顶梁顶推作用于冲击梁，使锚杆承受轴向拉伸载荷，并产生轴向拉伸变形；

S3、通过负荷传感器测试拉伸顶梁与冲击梁之间的正压力，正压力与轴向拉伸载荷大小相同；