[发明专利]一种锚杆及锚杆应力计工作状态模拟试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于岩土工程科研试验和工程安全监测辅助设备，适用于岩土工程锚杆工作状态模拟试验和工程安全监测锚杆应力计工作状态模拟试验的具体情况。

背景技术

现有技术条件下，岩土工程普遍采用锚杆进行工程支护，锚杆是岩土体加固的杆件体系结构，通过锚杆杆体的纵向拉力作用，克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。既限制了岩土体脱离原体，又增加了岩土体的粘聚性。其实质上锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键。从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。锚杆是当代岩土体支护的最基本的组成部分，广泛应用于矿山、边坡、隧道等进行主动加固。

然而，现场锚杆和锚杆应力计在现场各种荷载工况下的工作状态，以及相应的锚固体的应力分布规律没有进行研究，锚杆应力计在拉、剪组合荷载作用下的读数变化规律也无法做出预测，降低了锚杆和锚杆应力计的可控性。

发明内容

为了克服现场锚杆和锚杆应力计在现场各种荷载工况下的工作状态不可知的缺陷，本发明旨在提供一种锚杆及锚杆应力计工作状态模拟试验装置及方法，该试验装置及方法能有效模拟锚杆及锚杆应力计现场实际工作状态以及相应的锚固体的应力分布规律，并通过试验研究锚杆应力计在拉、剪组合荷载作用下其监测物理量的变化规律。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种锚杆及锚杆应力计工作状态模拟试验装置，其结构特点是，包括呈直线依次间隔排列的固定混凝土块、锚杆应力计混凝土块、锚杆应力计及应变计混凝土块、应变计混凝土块、锚杆应力计剪切混凝土块和锚杆应变剪切混凝土块；所述固定混凝土块、锚杆应力计混凝土块、锚杆应力计及应变计混凝土块、应变计混凝土块、锚杆应力计剪切混凝土块和锚杆应变剪切混凝土块的中心位置沿模拟试验装置的长度方向设有由锚杆和锚杆应力计间隔组成而将各混凝土块串联在一起的锚杆轴，并在锚杆轴上安置应变计，所述固定混凝土块为模拟试验装置的固定端；所述固定混凝土块与锚杆应力计混凝土块、锚杆应力计混凝土块与锚杆应力计及应变计混凝土块、锚杆应力计及应变计混凝土块与应变计混凝土块之间的预留缝内均设有用于模拟岩体拉载荷的压力枕，在应变计混凝土块、锚杆应力计剪切混凝土块和锚杆应变剪切混凝土块的预留缝处设有用于模拟岩体剪载荷的顶升装置；在垂直于试验装置长度方向的所述锚杆应力计截面上设置有应变测量装置。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

所述锚杆应力计混凝土块、锚杆应力计及应变计混凝土块、应变计混凝土块、锚杆应力计剪切混凝土块和锚杆应变剪切混凝土块的底部均装有底板，该底板下设有滚动部件。在本发明的实施例中，底板优选为钢板，滚动部件优选为滚轴。

所述锚杆应力计混凝土块、锚杆应力计及应变计混凝土块、应变计混凝土块、锚杆应力计剪切混凝土块和锚杆应变剪切混凝土块内的锚杆轴上包裹有水泥砂浆。

优选地，所述锚杆轴上包裹的水泥砂浆呈圆筒状。

进一步地，所述顶升装置为水平差位安置的千斤顶，本发明的实施例布设有4个千斤顶，所述水平差位安置是指每个接缝两端各设置一个千斤顶，但不设置在接缝的同一侧。

所述锚杆应力计混凝土块内设有至少一个锚杆应力计，所述锚杆应力计及应变计混凝土块内设有至少一个锚杆应力计并安置至少一个应变计，所述应变计混凝土块与锚杆应力计剪切混凝土块的接缝处设有一个锚杆应力计；所述应变计混凝土块内设有至少一个应变计。

所述应变测量装置为多块水平对称设置在锚杆应力计两侧的应变砖，本发明实施例优选为10块，两边各等间距设置五块。

所述锚杆应力计通过电缆与相应的锚杆应力计读数仪相连，所述应变砖和应变计通过电缆与相应的应变计读数仪相连。

一种利用上述的锚杆及锚杆应力计工作状态模拟试验装置进行模拟试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）试验准备时在固定混凝土块、锚杆应力计混凝土块、锚杆应力计及应变计混凝土块南侧、应变计混凝土块之间的三条预留缝之间均安置压力枕，在应变计混凝土块、锚杆应力计剪切混凝土块和锚杆混凝土块之间的两条预留缝处设置顶升装置，并将锚杆应力计和应变计电缆与对应的锚杆应力计读数仪和应变计读数仪连接；

2）试验时，按照预先设计的工况、最大加载和加载分级对压力枕和顶升装置进行分级加载，每一级加载分别读取锚杆应力计、应变计和应变砖读数直至最大加载级数，完成升载试验，分级加载完成之后，按与升载试验一样进行减载试验，直至加载值为零，即完成单次试验工作；