[发明专利]一种研究预应力锚杆动态力学特性的装置及方法

说明书

本发明的目的是提供能够研究预应力锚杆动态力学特性的装置。一种研究预应力锚杆动态力学特性的装置，包括冲击套管、冲击套管压头、固定套管、套管前端固定管、托盘，用锚固剂将锚杆锚固在固定套管中，冲击套管套在固定套管外，锚杆一端位于固定套管内，该端冲击套管内装有冲击套管压头，冲击套管压头接受冲击，锚杆另一端位于固定套管外，托盘固定在该端锚杆上，冲击套管顶住托盘，固定套管穿过托盘，顶住套管前端固定管，套管前端固定管另一端顶住SHPB试样平台固定装置。本发明的效果和益处是：1.为深部岩体工程预应力锚杆动态力学特性研究提供了一种新装置；2.固定套管也不会发生移动，有效模拟实际工程中围岩中的锚杆受到动载荷的影响。

技术领域

本发明涉及岩土力学领域，尤其是一种研究锚杆动态力学特性的装置。

背景技术

预应力锚固技术是应用锚杆或锚索对岩体进行加固，它可以显著改善围岩结构并提高其稳定性，是一种施工简单、安全可靠和经济有效的加固技术，已经广泛应用于采矿工程、水利水电、铁路交通和城市建设等领域中，并取得了良好的经济和社会效益。然而，随着岩体工程开采深度的增加，开采条件趋于复杂，锚杆支护失效的问题突出，如预应力消失、托板脱落和锚杆拉断等，这已经成为影响工程进度和安全的重要问题。因此，有必要开展锚杆的力学响应特征和失效机理研究。

近年来，许多学者开展了锚杆材料、锚固方式和和化学环境等因素对锚杆力学特性及失效机理的研究。然而，大部分的研究主要集中在静载作用下的室内拉拔试验、模型试验和数值分析，在深部岩体工程中，预应力锚杆常常受到爆破振动、开采扰动等动载荷的影响。

这些扰动携带能量以应力波的形式扩散传播，成为深部工程围岩锚杆失效的重大诱因。在一定的条件下，甚至微小的扰动都可能诱发高应力工程围岩锚杆支护失效，从而造成深部岩体灾害的发生。因此，如何在保证动载作用下锚杆支护的稳定性已成为迫切需要研究的新课题。

以往对于锚杆的动力响应研究大多集中在无损伤探测技术，分析锚固系统在各种激振力作用下的振动特性和锚固体系中声频应力波传播，按加载时应变率的大小界定，属于静态载荷范畴，然而，实际工程中爆破振动、开采扰动等动载荷大多处于中高等应变率范畴。因此，必须要对中高等应变率动载荷作用下锚杆的力学响应机理进行研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简便、实用性强的能够研究预应力锚杆动态力学特性的装置。

本发明为了实现上述目的，采取如下技术方案：

一种研究预应力锚杆动态力学特性的装置，包括冲击套管、冲击套管压头、固定套管、套管前端固定管、托盘，用锚固剂将锚杆锚固在固定套管中，冲击套管套在固定套管外，锚杆一端位于固定套管内，该端冲击套管内装有冲击套管压头，冲击套管压头接受冲击，锚杆另一端位于固定套管外，托盘固定在该端锚杆上，冲击套管顶住托盘，固定套管穿过托盘，顶住套管前端固定管，套管前端固定管另一端顶住SHPB试样平台固定装置。

所述冲击套管为空心钢管，内径为44 mm，外径50 mm，冲击套管与托盘的连接处设有U型槽，该U型槽顶住托盘，该槽宽为16 mm，长为30 mm，内圆半径8 mm，冲击套管上设有4个环向孔洞，环向孔洞两边为半圆，半径为8 mm，中间为长方形，长为200 mm，宽16 mm。

所述固定套管是内径为32 mm、外径40 mm的钢管，固定套管左端设有U型槽，该槽穿过托盘，抵住套管前端固定管，该槽宽为16 mm，长为150 mm，内圆半径8 mm。

固定套管上设有圆形孔洞，半径为4 mm。

所述冲击套管上设有4个环向孔洞，环向孔洞两边为半圆，半径为8 mm，中间为长方形，长为200 mm，宽16 mm。

所述套管前端固定管是直径为50 mm的圆钢，左端是实心的，长为320 mm，右边开一个环形槽，槽的深30 mm，槽内径为30 mm，外径为42 mm。