[发明专利]大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统及方法

权利要求书

1.一种大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统，其特征在于，包括：

围岩复杂地质条件模拟系统，用于模拟锚杆复杂工作环境，所述复杂围岩地质条件模拟系统包括箱体，所述箱体为密封的立方体中空结构，箱体每个内壁均设有若干个独立提供侧向挤压力的侧压单元，箱体内填充相似材料或煤岩体，锚杆或注浆锚杆穿过箱体侧壁伸入箱体内；

剪切单元，用于提供试验所需剪切力，所述剪切单元包括至少两个交错设置剪切块，剪切块由动力设备推动平移，所述剪切块移动方向垂直于锚杆轴线；

拉伸单元，用于提供试验所需拉力，所述拉伸单元为伸缩设备组成；

扭曲单元，用于提供实验所需扭曲力，所述扭曲单元设置于构成拉伸单元的伸缩设备上，扭曲单元上设置有用于夹持锚杆的夹具，扭曲单元绕锚杆轴线转动；

注浆装置，用于进行注浆操作，所述注浆装置与注浆锚杆端部可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一种大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统，其特征在于：所述侧压单元包括若干个由液压缸控制且相对箱体内部空间作伸缩运动的挤压板。

3.根据权利要求1所述的一种大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统，其特征在于：所述剪切单元动力设备为液压缸，在液压缸活塞的自由端固定剪切块。

4.根据权利要求1所述的一种大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统，其特征在于：所述拉伸单元包括至少一个液压油缸，所有液压油缸同步伸缩。

5.根据权利要求1所述的大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统，其特征在于：所述扭曲单元包括由动力设备驱动的行星减速机组，行星减速机组运动端设置有用于夹持锚杆的夹具。

6.根据权利要求1所述的大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统，其特征在于：所述箱体与锚杆连接处设置有密封装置。

7.一种基于所述权利要求1-6任一所述的大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统实施的试验方法，其特征在于，包括如下试验步骤：

a、安装锚杆：将锚杆伸入箱体内，锚杆端部通过扭矩单元上夹具进行夹持；

b、贴附应变片：在锚杆上贴附应变片；

c、安装测试数据采集设备；

d、采取如下试验方式中的一个或多个：

试验方式一、对锚杆或注浆锚杆在拉、扭、剪、切、弯单一或多因素互耦合工况下测试锚杆力学特性，记录锚杆在各种试验条件下的数据；

试验方式二、向箱体内填充模拟材料或煤岩体，模拟锚杆或注浆锚杆实际使用环境；通过控制侧压单元、剪切单元、拉伸单元、扭曲单元和注浆装置动作，模拟锚杆或注浆锚杆在实际地质条件多环境作用下工作状态，记录锚杆或注浆锚杆在各种试验条件下的数据；

试验方式三、由现场取回的岩样或采用相似模拟材料模拟现场岩性，在试样表面及内部埋设测量装置，采用模拟测试系统中的拉、扭、剪、切单一或多因素耦合工况下测试试样在井下围岩实际应力条件下岩体的变形破坏规律，记录锚杆或注浆锚杆、岩样或相似材料在各种试验条件下的数据；

试验方式四、通过注浆锚杆开展不同材料的浆液及水灰比、注浆压力、流通路径、岩性注浆模型试验，然后通过取样测试浆液渗流参数变化及其扩散规律，对注浆锚杆在拉、扭、剪、切、弯单一或多因互耦合工况下测试期锚杆及支护体力学特性，记录注浆锚杆在各种试验条件下的数据；

e、对所记录数据进行分析。

8.根据权利要求7所述的一种大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验方法，其特征在于：步骤d中，试验方式还包括试验方式五，通过侧压单元、剪切单元、拉伸单元、扭曲单元、弯曲单元和注浆装置独立或者多个组合动作，模拟复杂环境作用下锚杆、支护体力学特性以及注浆浆液在支护体中的渗流规律。