[发明专利]一种桁架锚索锚固性能试验装置及使用方法

权利要求书

1.一种桁架锚索锚固性能试验装置，其特征在于，包括组合模具箱、箱体支架、混凝土、液压枕及液压枕固定架、锚索拉拔测力计、桁架锚索、锁具、固定三角块；组合模具箱为长方体，在箱体内打孔安装预制锚索孔模具，并沿其内侧空间布设液压枕，注入混凝土浆液，凝固后脱模留出预制锚索孔，液压枕、锚索孔与固定三角块、锚索拉拔测力计共同构建出实验体；所述实验体内部预制的锚索孔内安装桁架锚索，并通过两个锚索拉拔测力计同时拉拔桁架锚索两个端头，来研究桁架锚索在围岩变形过程中支护阻力逐渐增大直到锚索断裂全过程的锚索支护性能。

2.根据权利要求1所述的一种桁架锚索锚固性能试验装置，其特征在于，所述组合模具箱箱体内部为长方体空腔，由可拆卸钢结构六面体组成，每个面都安装扣锁，能进行拆装，在箱体上板表面设置有注浆口，能接混凝土浆液输送管路；箱体下板是由箱体支架与活动板组成，箱体支架由两个不规则长方体箱与长方体底座组合形成，箱体支架为下大上小的稳定结构，在其箱体顶部伸出一段长方体板，与活动板组合构成组合模具箱的箱体下板；箱体上板、箱体下板打孔安置预制锚索孔模具，模具内层为薄钢管，外层为薄泡沫管，其上端部具有把手，在混凝土成型后，能进行拉拔脱模，留出预制桁架锚索孔；在箱体后板上打孔并安装液压枕固定架，其由连杆框架和螺旋尾组成，摆放架的螺旋尾和连杆框架是可拆卸组装，摆放架能控制液压枕的摆放位置；在箱体前板上对应液压枕的摆放位置打三排孔，预留出液压枕接线孔。

3.根据权利要求1所述的一种桁架锚索锚固性能试验装置，其特征在于，所述箱体的前后板钢板长宽尺寸为3.2m×1.2m，箱体的左右板钢板长宽尺寸为1.2m×0.3m，箱体的上下板钢板长宽尺寸为3.2m×0.3m。

4.根据权利要求1所述的一种桁架锚索锚固性能试验装置，其特征在于，所述液压枕的测压体镶嵌在所述混凝土的内部，能测试其内部应力，液压枕接线连接液压枕的应力显示表头，组装后能显示应力数据并实时记录，其应力显示表头能旋转，方便实验人员观测、分析。

5.根据权利要求1所述的一种桁架锚索锚固性能试验装置，其特征在于，所述液压枕固定架由连杆框架和螺旋尾组成，连杆框架和螺旋尾螺纹连接，能够控制液压枕的摆放位置。

6.根据权利要求1所述的一种桁架锚索锚固性能试验装置，其特征在于，所述箱体前板上对应液压枕的摆放位置打三排孔，预留出液压枕接线孔。

7.根据权利要求1所述的一种桁架锚索锚固性能试验装置，其特征在于，所述锚索拉拔测力计和所述固定三角块组合使用，固定三角块为直角三角块体，属于刚性体，在其直角长边面上钻孔，钻孔角度与桁架锚索安装角度相同，将锚索拉拔测力计底座固定在固定三角块上，固定三角块能控制锚索拉拔测力计的拉拔方向与桁架锚索安装方向相一致，并能防止锚索拉拔测力计拉断锚索后反弹伤人；分别在混凝土测体左右两端对称布置一个锚索拉拔测力计，布置方向为沿桁架锚索延伸方向，试验过程中，锚索拉拔测力计同时进行拉拔，能使桁架锚索两端拉拔力大小相同。

8.根据权利要求1所述的一种桁架锚索锚固性能试验装置，其特征在于，所述桁架锚索支护试验，对于不同地质条件的围岩，桁架锚索在巷道支护过程中的力学特征不同，通过相同配比的混凝土对单一岩体进行单层相似模拟，通过不同配比的混凝土对多种岩体进行多层相似模拟，能研究桁架锚索在不同地质条件下对巷道围岩支护力学特征；对于相同地质条件的围岩，桁架锚索的长度、直径、抗拉强度及抗剪切强度不同，其表现的力学特征不同，采用混凝土材料模拟围岩，更换不同类型桁架锚索，模拟研究不同参数影响下桁架锚索显现出的力学特征；对于桁架锚索不同布置方式的相似模拟，在试验装置内部能设置不同角度、间距及桁架锚索横向支护长度情况下，分析不同布置方式桁架锚索的力学特征；对于不同回采情况下，强采动对桁架锚索支护下围岩变形有强烈的影响，试验装置在桁架锚索两端分别布置锚索拉拔测力计，通过设置不同拉拔加载速度来模拟不同采动强度下桁架锚索支护力学特征。

9.利用权利要求1~8任意一项权利要求所述的一种桁架锚索锚固性能试验装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1）组合模具箱的制作

用六块钢板加工形成组合模具箱体，箱体的前后板对称，左右板对称，上下板对称，在箱体上板靠近两端处钻孔制作注浆口，孔口直径为0.1m；在组合模具箱体内摆放预制锚索孔模具，按照摆放位置在上下箱板上钻孔；在箱体内测设液压枕、液压枕固定架的位置，按照布置位置在箱体前后板上钻孔，后板安装液压枕固定架，前板布设液压枕接线；在箱体的前板、后板、上板、下板、箱体支架及活动板对接处安装扣紧扣，扣紧扣两端采用螺栓固定，将箱体组装于一体；

步骤2）液压枕的布置

所述液压枕是沿着桁架锚索内侧空间布置，沿边、夹角与中部，一共布置三排，中间一排液压枕垂直布置，间距为M，两侧液压枕倾斜布置，间距为L，夹角处布置间距为N，倾斜角度为桁架锚索安装角度Ɵ；在注浆前，把测压体安装在箱体的液压枕固定架上，液压枕接线伸出箱体前板；注浆后，测压体镶嵌在混凝土体内，液压枕接线连好应力显示表头，能测试混凝土内部的应力，能实时读数并连续记录试验过程中应力监测数据；

步骤3）预制锚索孔

通过注浆口，向安装好的组合模具箱内注入搅拌均匀的混凝土浆液，凝固成型后，把箱体上扣紧扣拆卸，取下箱体下板的活动板，通过拉拔作用，破坏掉预制锚索孔模具的外层薄泡沫管，把内层薄钢管拉出，留出预制锚索孔，安装桁架锚索；

步骤4）锚索拉拔测力计的布置

在制作好的混凝土测体上部桁架锚索两端，对称安装固定三角块和锚索拉拔测力计，固定三角块孔透过桁架锚索安装在混凝土测体上表面，能增加接触表面积，保持其稳定性；锚索拉拔测力计底座通过螺栓固定在三角块上；

整个试验能模拟桁架锚索在围岩变形过程中支护阻力逐渐增大直到锚索断裂全过程的锚索支护性能参数，所述锚索拉拔测力计用于测试桁架锚索的支护阻力，所述液压枕用于测试桁架锚索支护围岩时的应力数值，并得到整体应力分布规律。