[发明专利]裂隙围岩锚固性能损伤测试装置及试验方法

说明书

本发明提供了一种裂隙围岩锚固性能损伤测试装置及试验方法，涉及锚杆支护性能试验技术领域，该装置包括伺服液压缸、连接框架、加载框架、环形油缸和锚杆固定夹具，加载框架上固定有伺服液压缸，伺服液压缸包括上部伺服液压缸和侧面伺服液压缸，伺服液压缸向损伤裂隙试件或完整岩石试件加压，连接框架和加载框架固定连接，环形油缸设置在连接框架的端部，环形油缸的端部设置有锚杆固定夹具，试验锚杆的一端由锚杆固定夹具固定，另一端设置在损伤裂隙试件中，通过伺服液压缸模拟地应力，通过环形油缸拉拔锚杆。该装置及方法能够完成围岩损伤对锚杆锚固力影响的模拟试验，测试不同裂隙围岩锚固性能损伤演化规律，还可以进行锚杆(索)力学性能测试。

技术领域

本发明涉及锚杆支护性能试验技术领域，尤其是一种裂隙围岩的锚固性能损伤测试装置，以及利用该装置进行试验的方法。

背景技术

围岩的非连续性是岩土工程施工中面临的普遍问题。天然岩体在特定的地质环境中，受地质应力作用导致岩体内部形成各种贯通或非贯通的节理裂隙。这种裂隙构造影响着围岩的物理力学性质和特性，造成采矿、隧道和地下空间等工程中经常遇到的安全问题。众多理论研究与工程实践表明，巷道围岩的失稳破坏大多与其内部节理、裂隙的扩展贯通有关。锚杆锚固技术能够显著改善裂隙围岩的力学特性，限制围岩内部裂隙的扩展、贯通，增强裂隙围岩的整体性与稳定性，目前已被广泛应用于公路隧道、堤坝边坡等岩土工程的各个领域。

针对煤矿巷道，目前大多采用锚杆对巷道进行锚固，但由于裂隙围岩所处地质力学环境复杂，加之锚固工程所涉及的工艺设备等因素众多，导致裂隙围岩锚固控制机制的研究远落后于工程实践，锚固工程设计多依靠经验和半经验的方法。首先，裂隙围岩多为非连续体，其力学参数与完整岩石试件参数存在明显差异，其岩体力学性质发生了弱化，具体参数不易确定，给数值模拟及理论分析带来了困难；其次，支护工程现场围岩裂隙探测复杂困难，利用超声波围岩裂隙探测仪或双端封堵钻孔注水法探测，难以进行长期监测，且锚固施工后，锚固围岩属于隐蔽工程，裂隙岩体与锚杆相互作用的特征及规律不易窥探。最后，目前关于裂隙岩体力学特性的研究主要以试验研究为主，国内外学者已针对单裂隙、双裂隙和多裂隙等形式的节理岩体开展了大量的研究，取得了一系列成果；对于锚固力的测试，现阶段大多为破坏性拉拔试验，多数试验未考虑真实围岩结构形态及地应力等环境因素；围岩锚固性能的试验设备，一般可以对岩石试件施加面力模拟地应力，但难以实现针对围岩原生裂隙或次生裂隙对锚杆锚固力的影响进行量化研究，也没有考虑岩体高应力状态下发生弹塑性变化，进而发生破坏的真实情况。

锚固钻孔施工后，钻孔岩壁受钻进影响、应力重分布及采动作用也会产生裂隙，在次生裂隙及原生节理裂隙的影响下，围岩的锚固性能必将受到一定程度的影响，其中围岩裂隙的影响程度如何、锚固围岩裂隙扩展规律如何及裂隙岩体承载性能如何，这些问题的解决需要进行科学合理的试验研究。因此基于以上研究的需要，在考虑围岩裂隙对锚杆锚固性能损伤影响及锚杆对裂隙岩体锚固控制作用效果的基础上，对锚固性能测试装置及锚杆锚固性能的测试方法做进一步改进是非常有必要的。试验研究的关键是合理模拟出大尺度裂隙围岩，而非预制裂隙岩石试件，可以采用两种方式，对于围岩原生节理裂隙，采用静态破碎剂致裂方法获取；对于钻孔周边的次生裂隙，可以采用加载方式模拟地应力及采动应力作用，使钻孔周边围岩进入塑性区。因此需要在考虑围岩损伤裂隙对锚杆的锚固影响的基础上，对裂隙围岩锚固性能损伤测试装置及测试方法做进一步的改进。

发明内容

为了实现围岩损伤对锚杆锚固力影响的模拟试验，进而更好的研究锚杆锚固性能，本发明提供了一种裂隙围岩锚固性能损伤测试装置及方法，具体技术方案如下。

裂隙围岩锚固性能损伤测试装置，包括伺服液压缸、连接框架、加载框架、环形油缸和锚杆固定夹具，伺服液压缸固定在加载框架上，伺服液压缸包括上部伺服液压缸和侧面伺服液压缸；加载框架内放置损伤裂隙试件，伺服液压缸对损伤裂隙试件加压；连接框架和加载框架固定连接，环形油缸设置在连接框架的端部；环形油缸的端部设置有锚杆固定夹具；试验锚杆的一端由锚杆固定夹具固定，另一侧设置在损伤裂隙试件中。