[實(shí)用新型]錨桿工程受力模擬實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320577730.9
• 申請(qǐng)日: 2013-09-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203455232U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王剛;吳學(xué)震;蔣宇靜;孫紅松
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/08
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/08
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及巖土工程領(lǐng)域應(yīng)用的錨桿在工程現(xiàn)場(chǎng)的受力規(guī)律研究，特別是涉及一種錨桿工程受力模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

作為一種有效的支護(hù)手段，錨桿已經(jīng)廣泛應(yīng)用于煤礦巷道、山嶺隧洞和城市地鐵等地下工程的各個(gè)領(lǐng)域。然而，由于錨桿-圍巖相互作用的復(fù)雜性，錨桿的軸力和界面剪應(yīng)力分布規(guī)律尚不明確，在工程實(shí)踐中還難以對(duì)其支護(hù)效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的定量評(píng)價(jià)，工程支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)仍面臨挑戰(zhàn)。

如圖1所示，地下隧洞開(kāi)挖后，在原巖應(yīng)力作用下圍巖內(nèi)表面收斂變形到虛線所示位置，在錨桿外側(cè)一端，即a點(diǎn)附近，圍巖產(chǎn)生的位移大于錨桿位移，因此錨桿受到向外的剪切力，錨桿阻止圍巖向外運(yùn)動(dòng)，起到積極的支護(hù)作用；在錨桿內(nèi)側(cè)一端，即b點(diǎn)附近，錨桿產(chǎn)生的位移大于圍巖位移，因此錨桿受到向內(nèi)的剪切力。上述錨桿-圍巖相互作用過(guò)程可以概括為著名的“中性點(diǎn)理論”。根據(jù)該理論，錨桿圍巖相互作用的關(guān)鍵在于圍巖在變形的過(guò)程中不同部位對(duì)錨桿的作用力方向及大小不一致。

研究錨桿工程受力分布規(guī)律，要從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)兩方面出發(fā)。基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，可以得到錨桿大致的受力分布規(guī)律，但是由于現(xiàn)場(chǎng)條件極其復(fù)雜，進(jìn)行大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)非常困難，而且不能人為控制邊界條件來(lái)研究不同因素的影響。相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，對(duì)于驗(yàn)證理論分析的結(jié)論和指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐具有重要意義。

但是，由于錨桿和圍巖之間復(fù)雜的相互作用關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)室一般難以模擬錨桿在工程現(xiàn)場(chǎng)的受力情況。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，普遍采用傳統(tǒng)的拉拔試驗(yàn)進(jìn)行錨桿測(cè)試，試驗(yàn)過(guò)程中錨桿外露端承受拉力，使錨桿從基體中向外拔出；但是，錨桿應(yīng)用在實(shí)際隧洞工程中時(shí)，除了預(yù)先施加的一部分預(yù)應(yīng)力外，不存在其他的外部拉拔力，而上述圍巖變形是導(dǎo)致錨桿受力的最根本原因。由于錨桿在拉拔試驗(yàn)條件下受力狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)條件下受力狀態(tài)有很大差別，故常規(guī)拉拔實(shí)驗(yàn)不能反映錨桿在現(xiàn)場(chǎng)情況下的受力狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種真實(shí)反映錨桿在工程現(xiàn)場(chǎng)受力狀態(tài)的錨桿工程受力模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：

一種錨桿工程受力模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括U型槽、三棱柱墊塊、加載墊塊、側(cè)擋板、類(lèi)梯形試件和錨桿試件；

所述的U型槽為整體結(jié)構(gòu)，包括底板和兩個(gè)側(cè)壁，底板下表面與試驗(yàn)機(jī)加載裝置接觸，承受試驗(yàn)機(jī)壓力；

所述的三棱柱墊塊，兩個(gè)直角面分別與U型槽的底板和側(cè)壁內(nèi)表面接觸，其斜面與類(lèi)梯形試件兩個(gè)斜面匹配，即U型槽的底板和三棱柱的斜面組合形成梯形空間，用于安放類(lèi)梯形試件；

所述的加載墊塊，下半部分為弧形鋼板與類(lèi)梯形試件上表面接觸，其兩側(cè)與三棱柱墊塊斜面之間留有空隙，防止加載過(guò)程中兩者發(fā)生擠壓；上半部分呈柱形，與試驗(yàn)機(jī)加載裝置接觸；加載墊塊的作用在于將試驗(yàn)機(jī)壓力均勻傳遞到類(lèi)梯形試件上表面；

所述的側(cè)擋板固定在U型槽的前后兩側(cè)，其作用在于防止類(lèi)梯形試件發(fā)生軸向變形，以滿足平面應(yīng)變狀態(tài)的要求，同時(shí)防止U型槽的側(cè)壁受壓向兩側(cè)變形；其制作材料除了選用鋼材外，還可以選用高強(qiáng)度透明材料，從而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)觀察記錄試件的變形破壞情況；

所述的類(lèi)梯形試件，上下表面為同軸圓弧面，左右側(cè)面的延伸線通過(guò)上述圓弧面的軸線，前后側(cè)面垂直于水平面，下表面和U型槽底板內(nèi)表面之間預(yù)留變形空間，在下表面中心設(shè)有垂直于其表面的錨桿孔，用于安裝錨桿試件，左右側(cè)面與三棱柱墊塊斜面接觸，前后側(cè)面與側(cè)擋板接觸，四個(gè)側(cè)面均涂有潤(rùn)滑材料，以減小其受到的剪切力；

所述的錨桿試件，安裝在上述類(lèi)梯形試件的錨孔中，通過(guò)砂漿或樹(shù)脂錨固劑固定。

作為一種優(yōu)選方式，本實(shí)用新型在錨桿的桿體軸向上對(duì)稱(chēng)開(kāi)鑿兩條矩形凹槽，其中一條用于容置應(yīng)變測(cè)量設(shè)備，另一條凹槽底部標(biāo)注有刻度，以方便測(cè)算錨桿實(shí)驗(yàn)前后的變形量。

作為一種優(yōu)選方式，本實(shí)用新型在錨桿托盤(pán)和試件之間，安裝有壓力傳感器，用于測(cè)量錨桿在該位置的軸力。

本實(shí)用新型的原理是：

隧洞圍巖的受力、變形和破壞問(wèn)題可以近似認(rèn)為是軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題。因此，取其一部分（即本實(shí)用新型所述類(lèi)梯形試件）進(jìn)行試驗(yàn)即可反映圍巖整體的性質(zhì)，相對(duì)于全斷面實(shí)驗(yàn)裝置，本實(shí)用新型可以開(kāi)展大比例尺的實(shí)驗(yàn)研究。