[发明专利]锚固体动态拉伸实验装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种动态载荷作用下锚杆锚固体试验装置及试验方法，尤其涉及一种锚杆锚固基体的制作和锚固体拉伸试验方法。

背景技术

随着矿井开采深度的增加，岩爆、冲击地压、煤与瓦斯突出、顶板大面积来压等动压显现的频率和强度越来越高，对矿井巷道围岩稳定性及人员安全造成较大的威胁。

目前，锚杆静力拉拔实验技术比较成熟，对锚固体诸界面有了比较深刻理解，但对动态拉拔锚固体诸界面破坏机制尚不清晰。2013年周辉等申报的专利“一种锚杆性能测试装置”，公开了一种锚杆静力拉伸变形和动态抗冲击性能的试验测试装置；2014年路国运等的申报的专利“一种冲击主动围压下的动态拉拔实验装置及实验方法”，公开了一种冲击主动围压下的动态拉拔装置及实验方法；2014年康红普等申报的专利“一种用于测试锚杆冲击载荷的试验台及测试方法”，公开了一种测试锚杆冲击载荷的试验台及测试方法；2014年周泽等申报的专利“一种锚杆动载施加装置”，公开了一种锚杆动载施加装置；要对锚固体诸界面（树脂-孔壁、锚杆-树脂及潜在的岩体破坏界面）的动态特性进行数值模拟、理论方面的研究，必须通过室内试验研究其力学性能。

发明内容

本发明旨在提供一种冲击载荷作用下，锚杆锚固体杆体-树脂第一界面动态实验装置，研究动态载荷作用下该界面上的剪切力分布。本发明应用重锤-杠杆装置，将冲击载荷转换-放大为作用在锚杆上的冲击载荷，通过调整杠杆支点位置，改变锚杆上所受拉伸载荷的量值，研究不同载荷、不同拉伸速率下锚固体界面上的响应规律。

本发明提供了一种冲击载荷作用下锚杆动态拉伸试验装置，包括重锤、锚固体拉伸装置、冲击-杠杆传力系统、测量系统、试件制作模具。所述重锤包括穿心冲击钢块、重锤靶，重锤穿过定位杆，由重锤定位销固定在重锤冲击装置两边的立柱上，立柱上标示有刻度；两侧立柱上钻孔，以便重锤定位销插入；拉出定位销，重锤即可沿铅直轨道作自由落体运动，实现重锤冲击；所述试件为钢筋混凝土制作的圆柱形试件，所述试件还包括紧固装置，试件中心为矿用锚杆；所述测量装置包括加速度传感器、PVDF动态载荷传感器、金属箔式应变片；所述试件中心锚固的矿用锚杆，沿轴向两侧刻槽，槽内粘贴应变片；所述试件紧固装置为沿试件边缘内侧布置的配筋，在下端外露段加固螺纹，通过螺帽紧固在固定端；所述冲击-杠杆传力系统包括重锤冲击靶、滑道、导向轮、钢丝绳、杠杆，重锤以一定速度下落作用在冲击靶上，冲击靶带动钢丝绳拉动杠杆动作，动态载荷经杠杆放大后经钢丝绳、导向轮传递到矿用锚杆的受拉端；所述杠杆包括杠杆轴承、长臂和短臂，连接冲击靶的钢丝绳连接长臂，连接矿用锚杆的钢丝绳连接于短臂，在杠杆臂、锚杆上钻孔，安装同类型钢丝绳制作的连接环，钢丝绳通过丝扣固定于连接环上；所述杠杆短臂给定长度，长臂随放大系数不同进行更换，轴承与杠杆通过螺栓连接装配；所述重锤为中空重块，沿一个有刻度的钢杆落下，冲击靶置于一个滑筒内，钢丝绳连接杠杆短臂及冲击靶。

上述冲击靶、重锤、冲击锥形端中间加工有细孔，下端安设锥台形冲击端；重锤沿导轨下落，撞击冲击靶，使其沿导轨将冲击载荷通过钢丝绳传递到锚杆一端。冲击靶上端靶头处安设PVDF动态载荷传感器，测量重锤施加给冲击靶的动态载荷；冲击靶中间加工有与上端安设有大小与上述锥形冲击端一致的冲击端，冲击靶一侧刻槽，槽内放置可以连接钢丝绳的滑块。受冲击载荷后，冲击靶沿靶滑筒下降。

上述立柱包括重锤冲击装置立柱，导向轮立柱和杠杆转轴固定立柱，其下端固定在底座上。

重锤冲击装置立柱为槽钢制作，槽钢立柱上标刻度，上等间距钻孔。重锤靠上端左右两侧加工有锥形孔，锥形插销穿过立柱孔，将其固定在门式槽钢的某一高度，拉出插销，即可使重锤自由下落。

上述杠杆长臂和短臂通过轴承连接，短臂一节，长臂为若干节，各节之间为螺纹连接。

上述导向装置为两组滑轮，长臂端导向装置的一组滑轮固定在立柱上；短臂端导向装置固定在一组导向轮立柱上。

上述长臂端立柱为槽钢制作，固定于底座上，滑轮上下、左右错开布置；上述短臂端立柱为槽钢制作，固定于底座上，滑轮上下、左右错开布置，固定于导向轮固定板上，保证通过导向轮连接锚杆拉拔端的钢丝绳铅直且与锚杆轴向同心。

本发明提供了一种锚固体动态拉伸的实验方法，包括如下步骤：

（1）制作中间预留锚杆安装孔的圆形混凝土试件，养护28天，以备使用。

（2）锚杆轴向两侧刻槽，粘贴应变片，连线密封，锚固于混凝土试件的孔内。