[发明专利]一种锚杆/索性能室内测试用锚固体及其制备与使用方法

说明书

一种锚杆/索性能室内测试用锚固体及其制备与使用方法，锚固体分为I、II及III型锚固体，I和II型锚固体为分体组合应用型锚固体，III型锚固体为独立应用型锚固体。本发明保留了圆柱体试件径向均匀受力的优势，具备拉拔方向应力约束的能力，克服了圆柱体试件与剪切约束构件之间的应力集中问题，降低了锚固体受剪切荷载承压下沿轴向拉拔荷载位移所产生的摩擦力，可实现不同围压、热‑应力腐蚀等复杂条件下锚杆/索多种性能试验工况需求，通过预埋光纤光栅传感器以及安装声发射单元，实现全面监测试验过程中锚固体混凝土试件的损伤与破坏情况，研究锚固体混凝土试件应力与应变演化规律，对进一步揭示支护锚杆/索与锚固体的相互作用机理具有重要意义。

技术领域

本发明属于锚杆/索性能测试技术领域，特别是涉及一种锚杆/索性能室内测试用锚固体及其制备与使用方法。

背景技术

锚杆/索支护是最为基本的岩体加固技术，被广泛应用于诸多不同的工程领域。锚杆/索支护中，由锚杆/索直接作用于巷道或隧洞围岩，用以起到锚固围岩的作用，而受到锚杆/索锚固作用的围岩区域被称为锚固体。为了在室内试验中开展各类型锚杆/索性能测试，技术人员设计了多种不同类型的锚固体，以实现在室内模拟现场不同围岩的锚固情况。

目前，用于室内锚杆/索性能测试试验的锚固体主要分为三类：第一类为以厚壁钢管为基础的锚固体，第二类为以立方体或长方体混凝土试件基础的锚固体，第三类为以圆柱体混凝土试件为基础的锚固体。

针对第一类为以厚壁钢管为基础的锚固体，公告号为CN208420365U的中国专利申请，公开了一种用于锚杆拉拔测试的钻孔模拟装置，其应用的锚固体采用中空刚性金属圆管来模拟围岩内的锚固钻孔，并对待测锚杆施加径向刚性约束，但是此类锚固体采用的中空刚性金属圆管的内部为光滑表面，无法真实反映钻孔表面的粗糙度，存在金属刚性约束与工程实际围岩径向约束条件不一致的问题。

针对第二类为以立方体或长方体混凝土试件基础的锚固体，公告号为CN107462492A的中国专利申请，公开了一种用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究的方法，其应用的锚固体采用了不同配比的混凝土试件，可以模拟不同强度的围岩约束条件，通过冲击钻机对试件进行钻孔以形成锚固钻孔，虽然该锚固钻孔可以接近真实的钻孔粗糙度，但是混凝土试件为正方形或长方形，导致试件中的钻孔径向厚度不一致，在对锚固体施加围压时，不能实现均匀受力。

针对第三类为以圆柱体混凝土试件为基础的锚固体，公告号为CN113125292A的中国专利申请，公开了一种预埋分布式光纤的锚固体制作装置及方法，公告号为CN106124321A的中国专利申请，公开了一种可拆卸式锚杆锚固特性试验台，上述两个专利申请中应用的锚固体均采用了圆柱体混凝土试件，得益于圆柱体的径向各向同性及等厚特性，对锚固体施加围压时，可以实现均匀受力，但是锚固体的圆柱体混凝土试件的径向外露面与剪切位移约束板为线接触，这种结构形式很容易造成应力集中问题。

室内锚杆/索拉剪耦合性能测试是指锚杆/索在拉拔和剪切力共同作用下的性能测试，包括直接拉拔锚杆/索剪切和间接拉拔锚杆/索剪切(直接拉拔锚固体剪切)的两种测试方式，在拉拔剪切耦合工况下，锚固体会同时受到拉拔力及剪切力。然而，现有的三类传统锚固体受限于标准圆筒状或者方体状的形状，无法借助夹具使其同时具备拉拔方向及剪切方向的应力约束，并且在试验工况下锚固体会与装置约束框架产生极大摩檫力，从而影响试验结果的准确性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种锚杆/索性能室内测试用锚固体及其制备与使用方法，保留了圆柱体试件径向均匀受力的优势，具备拉拔方向应力约束的能力，克服了圆柱体试件与剪切约束构件之间的应力集中问题，大幅度降低了锚固体受剪切荷载承压下沿轴向拉拔荷载位移所产生的摩擦力，可以实现不同围压、热-应力腐蚀等复杂条件下的锚杆/索多种性能试验工况需求，通过预埋光纤光栅传感器以及安装声发射单元，实现全面监测试验过程中锚固体混凝土试件的损伤与破坏情况，研究锚固体混凝土试件的应力与应变演化规律，对进一步揭示支护锚杆/索与锚固体的相互作用机理具有重要意义。