[发明专利]压拉转换加载装置及加锚岩体协同变形测试方法

说明书

本发明适用于岩土工程领域，具体地，涉及一种压拉转换加载装置及加锚岩体协同变形测试方法；(1)构建一种通过单轴压力试验机实现压拉转换的加载装置；(2)提出压拉转换加载装置的安装与加锚岩体协同变形测试方法；(3)提出单轴拉伸作用下加锚岩体蠕变特性的黏弹性理论分析方法。本发明通过压拉转换加载装置实现了应用单轴压力试验机对岩体的拉伸试验，并能够进行锚杆和岩体的协同变形测试。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，具体地，涉及一种压拉转换加载装置及加锚岩体协同变形测试方法，可实现使用单轴压力试验机对加锚岩体进行直接拉伸力学试验，并可用于加锚岩体中锚杆和岩体的协同变形测试。

背景技术

随着我国基础设施建设的不断发展，岩土工程的施工中频发的各种问题也备受人们关注，例如边坡工程、隧道工程、采矿工程、钻井工程等。在这些岩土工程中，开挖卸荷时往往会产生拉应力，只要存在受拉区域，其稳定性就极大地受拉伸区控制。

抗拉强度远小于抗压强度是岩土材料最突出的特征之一。由于岩土材料抗拉强度较小，使得拉应力作用下的变形特性在边坡和地下工程等岩土工程的稳定性评价中占有极其重要的地位，而如何测量和评价拉应力作用下岩土锚固复合体的协同变形特性就显得尤为重要。

长期以来，对于岩土材料力学性质的研究主要集中在受压条件下的岩石力学响应，而对受拉条件的情况研究相对较少。一方面是对试样进行直接拉伸比较困难，另一方面是试验条件的限制。因此，本发明利用已有试验条件，设计了一种压拉转换加载装置，实现对加锚岩体的直接拉伸试验。相应地，提供了一种加锚岩体协同变形测试方法。并且，提出了一种单轴拉伸下加锚岩体蠕变特性的黏弹性理论分析方法，针对直接拉伸作用下的加锚岩体试样，建立了一种体现了岩体蠕变性质的黏弹性理论模型，推导出加锚岩体的蠕变理论公式。

发明内容

为克服现有试验装置的不足，本发明提供了一种压拉转换加载装置及加锚岩体协同变形测试方法，用于实现直接拉伸作用下加锚岩体试样的锚杆和岩体的协同变形测试。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种通过单轴压力试验机实现压拉转换加载装置包括：两组钢板及连接杆件，每块钢板设有四个螺栓孔，一组钢板包括上承压钢板和下施拉钢板，另一组包括上施拉钢板和下承压钢板，上、下施拉钢板有一中心突起圆柱，连接杆件两端带有螺纹，恰好能放入各钢板的螺栓孔；一组钢球，钢球内部有螺栓孔；一组安装钢板，安装钢板周围有四个螺栓孔，板中心有用于锚杆安装的孔；一对空心圆柱体，一端带有内径略小于钢球的圆环，在空心圆柱边缘处的四个螺栓孔对应于安装钢板螺栓孔。

所述两组钢板，一组钢板包括上承压钢板和下施拉钢板，另一组包括上施拉钢板和下承压钢板，交叉排列用杆件通过螺栓和垫片连接。其中，施拉钢板中心处的突起圆柱相对排列于中间部分，组成装置的主体部分；所述中心突起圆柱用于连接放入空心圆柱体的钢球，所述钢球内部提前车有螺栓孔用于连接中心突起圆柱；所述空心圆柱体与安装钢板分别通过螺栓进行连接；所述岩体试件通过高强度树脂与安装钢板连接，锚杆穿过安装钢板中心小孔通过螺帽进行固定。

压拉转换加载装置及加锚岩体协同变形测试方法，其试验步骤如下：

1、提前在锚杆两端加工螺纹，在锚杆的中部位置粘贴应变片；处理好的锚杆通过一种使用先张法施加预应力的长方体浇筑模具施加预应力，锚杆长于模具的长边，在模具短边钢板中心处有一锚杆孔，锚杆沿长边穿过锚杆孔后，使用螺帽在模具外侧对锚杆进行固定。将应变片连接到应变仪，通过不断拧紧固定锚杆的螺帽，对锚杆施加预应力，通过观察应变仪的数值变化确保预应力施加到目标值；保持锚杆此时的状态，解除与应变仪的连接。制备所要模拟岩体的砂浆材料，将其注入模具中；保持锚杆在螺帽拧紧的状态下，让试样在标准条件下养护28天；待试件养护完成后，卸去锚杆两端拧紧的螺帽，拆除浇筑模具，在岩体试件表面中部位置处粘贴应变片。