[发明专利]一种适用于锚固循环拉伸、动载拉伸测试的实验装置

说明书

本发明公开了一种适用于锚固循环拉伸、动载拉伸测试的实验装置，主要有上下两个承压单元组成；所述上承压单元包括从上而下依次连接的顶部承压盘、第一立杠、底部受载基底；所述第一立杠设置有两个，且对称分布；所述下承压单元包括从下而上依次连接有底部承压盘、第二立杠、顶部受载基底；所述第二立杠设置有两个，且对称分布。通过该实验装置，可以将钢管和锚杆组成的锚固系统置于内部，从而将加载于顶部承压盘和底部承压盘之间的压缩载荷转换为拉伸载荷；可实现循环载荷或者动载载荷下的锚固系统拉伸测试。其经济成本低、技术效果明显、测试精确度高，可为锚杆支护系统在循环(动载)载荷下的疲劳特性研究提供相应的解决方案。

技术领域

本发明涉及一种适用于锚固循环拉伸、动载拉伸测试的实验装置，属于力学分析及测试技术领域。

背景技术

锚杆支护系统在岩土、边坡、煤矿支护、水利工程等领域有着广泛的应用。在锚杆支护质量和锚杆性能评价方面，有着各类的技术规程和检测方案，比如锚杆静力拉拔试验、锚固质量无损检测方案、抗剪切试验、工程现场拉拔测试等等。

其中在实验室内开展较多的为锚固拉拔试验，此类实验多用混凝土或者钢管模拟工程岩体。当所采用的介质为混凝土时，锚杆在钻机带动下旋入混凝土试块中或者插入预先设置的钻孔中，而后二者之间的空隙被锚固剂所填满，锚杆杆体和钻孔胶结形成锚固测试系统。当所采用的介质为钢管时，锚杆在钻机带动下旋入钢管中，二者随后被钢管内部预置的锚固剂胶结形成锚固系统，或者采用后灌浆手段将二者黏结为整体锚固系统。

在上述提及的室内锚固系统测试方案中，所制备成形的锚固系统最后需要开展破坏性测试。在传统的测试方案中，如果采用的介质为混凝土，那么破坏性的拉拔测试可采用锚杆拉拔测试仪，也可以采用大型拉拔(剪切)设备；如果采用的是钢管，那么相关的破坏性拉拔测试可采用电液伺服试验机。对于后者，锚杆-钢管锚固系统被夹持在试验机上，夹持端分别为锚杆端和钢管端。而钢管端的夹持多采用特定方案以去除对内部锚杆的夹持应力，避免造成近锚杆单一拉拔的情形。通过设定特定的加载速度和破坏检测阈值，锚杆最终从钢管中拔出，最后分析破坏形式，拟合拉拔力-位移曲线，得出锚固系统特定的力学性能。这种测试方案可用以优化特定形式的锚固方案，或改进锚杆(锚固材料)的力学性能。

钢管-锚杆组合形式的锚固测试系统在国内外研究机构都有广泛的应用，比如德国埃森研究院、澳大利亚的CIRSO研究院、中国的煤炭科学研究总院都曾应用这一方案来检测评价锚杆支护系统的性能。然而受制于实验设备的限制，这一方案只能用于静力拉拔测试，对循环(动载)载荷拉拔测试则显得力不从心。在岩土领域，循环(动载)载荷的相关研究较为常见，但是通常开展的研究工作都是针对岩体，比如单轴循环(动载)载荷下岩石试样的滞回环特性、记忆特性、流变特性等，比如霍普金森杆冲击试验。但是这类测试多局限于单轴(三轴)压缩测试，极少涉及到拉伸循环测试。对于支护构件而言，相关的循环(动载)载荷测试就更少了。

对于前文所提及钢管-锚杆支护系统而言，在实验室内开展循环(动载)载荷拉伸测试所面临的技术难题很大。主要原因是：现行的单(三)轴试验机的电液伺服加载系统多为拉伸或压缩测试而设计，在循环(动载)载荷的施加上，可实现不同频率、幅度、循环方式的压缩循环(动载)载荷测试。然而在拉伸方面则存在一定的瓶颈，尽管开展单一拉伸测试的技术已经相对成熟，但是高频循环(动载)拉伸测试却无法达到和高频循环(动载)压缩测试一样的技术水准，多受到一方面或多方面的技术限制。

在岩土领域，循环(动载)扰动频现各类工程现场，比如地铁(铁路)中列车的往复运行、煤矿巷道中炮掘的频繁扰动、工程挖掘中邻近工作面的掘进扰动等等。虽然对岩石(土)的循环动载荷力学特性已经开展了很多的测试分析工作，但是对于支护构件(尤其是锚杆)在循环动载荷下的力学特性分析所做的研究还不够，相关的研究测试分析工作很有必要。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于锚固循环拉伸、动载拉伸测试的实验装置，其能够为实验室室内钢管-锚杆锚固系统的循环或动载载荷拉伸测试提供一定的解决思路。