[发明专利]一种锚固岩体扭转剪切试验装置及方法

说明书

本发明提供了一种锚固岩体扭转剪切试验装置及方法，涉及岩石力学试验技术领域，该装置包括基座、第一连接架、第二连接架、双轴框架、加载油缸、轴向加载油缸和承压板，基座支撑装置本体，第一连接架和第二连接架之间设置有多个双轴框架，双轴框架上沿第一方向和第二方向分别设置有相对布置的加载油缸，第一连接架上沿第三方向设置有轴向加载油缸，加载油缸和轴向加载油缸的加载端与承压板相连，岩石试件放置在承压板围成的空间内；利用该装置进行岩石试件的模拟地应力条件下钻设锚杆试验，以及锚杆锚固岩体剪切破坏试验，锚杆锚固岩体扭转破坏试验。该装置及方法实现了锚杆锚固岩体的扭转和剪切模拟，还具有操作简便，试验灵活等优点。

技术领域

本发明涉及岩石力学试验技术领域，尤其是一种可以用于锚固岩体扭转剪切试验的试验装置，以及利用该装置进行试验的方法。

背景技术

由于锚杆支护工艺简单、经济有效，被广泛应用于深部巷道及大跨度地下洞室支护、水坝的坝基和坝肩加固、岩土边坡加固、深基坑支挡工程以及输水和交通隧洞等领域。工程岩体中存在的大量节理裂隙严重削弱了岩体强度，在工程扰动与原岩应力场的作用下，岩体的潜在滑移体易发生剪切或扭转错动损坏锚固结构、导致工程灾害。锚杆支护可以改善工程岩体应力分布，有效补强工程岩体，充分利用岩体自身承载能力。对锚杆施加高预紧力还可以有效抑制节理进一步发育，与岩体形成锚固承载结构，使岩体物理强度向结构强度转变，有效控制工程岩体的错动滑移。

在采矿行业中，工程围岩变形破坏实测数据和模拟试验研究表明，发生在围岩中的剪切破坏、块体滑移和二次剪切破坏是引起围岩支护结构大规模变形破坏的根本原因，特别是侏罗纪、白垩纪地层中富含泥岩夹层，岩石软弱，水化膨胀问题严重，大断面巷道中围岩的剪切滑移现象更为显著。近年来，新型高强度、高延展性、高冲击韧性锚杆的研发使用对解决工程岩体剪切滑移提供了新手段，锚杆对岩体的稳定性控制作用主要体现在以下三个方面：第一，通过高预紧力抑制节理发育；第二，通过增大层间摩擦力，增加裂隙本身的抗滑移能力；第三，提供直接抵抗裂缝相对移动的阻抗力。但受限于当前的试验检测方法，难以科学地模拟出锚固岩体间的滑移演化规律及与锚杆的协同变形过程，有碍于进一步揭示锚杆提高围岩抗剪切滑移能力的作用机理。

目前，围岩剪切滑移现场检测主要通过钻孔探测手段进行，其监测困难，精确度低，数据提取分析复杂，不利于定量分析和理论研究。室内试验缺乏适配的试验装置对锚固岩体的剪切扭转问题进行测试。随着新型锚杆的研发使用，对锚杆的性能及与围岩的适配性提出了新的要求，传统的分段锚杆检测方法不能有效地测试各种新型锚杆的整体性能，无法有效检测锚杆与锚固岩体的协同作用效果。因此，要想进一步促进锚固岩体剪切扭转试验与理论研究，需要在实验室内对现场工况进行更准确的还原，设计研发一种锚杆锚固岩体扭转剪切试验装置，利用该装置针对各类加锚岩体试件进行整体性试验，检测锚杆锚固岩体在剪切或扭转作用下的变形破坏特征，分析岩体与锚杆在复杂力学条件下的协调工作机制，指导锚固支护设计。

发明内容

为实现模拟地应力条件下钻设锚杆试验，以及锚杆锚固岩体剪切破坏定量试验，锚杆锚固岩体扭转破坏定量试验，研究锚杆锚固岩体的破坏机理及特征，本发明提供了一种锚固岩体扭转剪切试验装置及方法，具体技术方案如下：

一种锚固岩体扭转剪切试验装置，包括基座、第一连接架、第二连接架、双轴框架、加载油缸、轴向加载油缸和承压板，基座支撑装置本体，第一连接架和第二连接架之间设置有多个双轴框架；双轴框架上沿第一方向和第二方向分别设置有相对布置的加载油缸；第一连接架上沿第三方向设置有轴向加载油缸；加载油缸和轴向加载油缸的加载端与承压板相连，岩石试件放置在所述承压板围成的空间内。

优选的是，基座的上表面设置有通槽，通槽的深度大于加载油缸安装后的外露长度；第一连接架、第二连接架和双轴框架之间通过支柱连接，支柱的两端与第一连接架和第二连接架连接固定；所述支柱从双轴框架的四角位置穿过。