[发明专利]动态下锚杆与围岩力学特性研究装置及其使用方法

说明书

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及方法。动态下锚杆与围岩力学特性研究装置，包括套管、锚杆、锚固剂、固定端，锚固剂将锚杆锚固在套管中，锚杆一端位于套管内，该端套管具有纵向开槽，固定端通过开槽与该端锚杆固定相连，固定端与地面固定相连，受冲击块套装在该端套管口。本发明的有益效果：1.克服了目前对锚杆力学特性的研究只考虑静态载荷的局限性；2.能够真实模拟研究冲击下预应力锚杆的力学特性；3.便于观察记录瞬时的冲击情况，操作简便，经济实用；4.试验更加直观真实；5.受冲击块由于其可拆卸更换，便于固定端的安装，同时节约了试验成本。

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及方法。

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及方法。

动态下锚杆与围岩力学特性研究装置，包括套管、锚杆、锚固剂、固定端，锚固剂将锚杆锚固在套管中，锚杆一端位于套管内，该端套管具有纵向开槽，固定端通过开槽与该端锚杆固定相连，固定端与地面固定相连，受冲击块套装在该端套管口。

固定端包括固定块、螺母、垫片和固定座，固定块为长条状，其中部有孔，锚杆从孔中穿过，螺母与锚杆的螺纹相配套，螺母和垫片安装在锚杆上，将固定块的位置限定，固定块的两端位于套管外，固定块的两端与固定座固定相连，固定座与SHPB试验平台固定相连，SHPB试验平台与地面固定相连。

套管开槽与固定块的宽度相等。

受冲击块为两阶圆柱台，外径较小的圆柱台插入套管中，外径较大的圆柱台的外径等于或大于套管外径。

套管与受冲击块相接触的一端安装有冲击保护套，冲击保护套为圆筒状，其内径等于套管外径，其套装在套管外沿上，锚固剂与套管口之间具有一定距离。

套管有内螺纹，锚固剂锚固在内螺纹上。

锚杆上沿轴向设有间隔一定的若干切槽，应变片贴在切槽上。

套管上沿轴向设有多个孔洞，应变片的连接导线从孔洞中穿过。

应变片导线通过桥盒接到动态应变仪上，动态应变仪和示波器相连，示波器与计算机相连。

该装置的使用方法如下：