[實用新型]考慮支護-圍巖相互作用的錨桿抗沖擊測試系統

有效

• 申請號: 201520071249.1
• 申請日: 2015-02-01
• 公開（公告）號: CN204439319U
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 吳學震;蔣宇靜;王剛;喬衛國;楊為民
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及錨桿在工程現場抗沖擊性能的研究，特別是涉及實際工程考慮支護結構和圍巖相互作用的錨桿抗沖擊測試系統。

背景技術

近年來，我國深部地下工程建設獲得了深入發展，同時也遇到了越來越復雜的地質條件。高應力引起的巖爆及沖擊地壓等破壞性強烈的工程災害越來越嚴重，在這種條件下應用的錨桿的抗沖擊性能是錨固支護效果的關鍵。

如附圖1所示，巖爆的發生過程是指硐室圍巖在高應力作用下，首先產生板裂化現象（即產生裂隙），之后隨著能量的進一步積聚，部分圍巖突然向外爆出的現象。在此過程中，錨桿極易破壞，其原因不僅在于巖爆釋放較高的能量，形成強烈的沖擊，更重要的是在錨桿中引發了應力和應變集中。

如圖2所示。由于錨桿表面粗糙并與錨固劑緊密結合，在巖爆導致圍巖裂隙張開的情況下，錨桿在裂隙附近僅有很短的桿體與錨固劑分離。巖爆發生時，只有與圍巖分離的部分桿體能夠受拉伸長，從而吸收爆出巖塊的能量，錨桿與圍巖緊密結合的部分則不能伸長和吸收能量。因此，錨桿實際的抗沖擊能力僅包括裂隙附近可變形部分桿體受拉伸長所能吸收的能量。

為了測試錨桿的抗沖擊性能，需要可以模擬上述破壞現象和過程的測試裝置。現有的實驗室測試設備包括中國專利201110387388.1、2012100934515兩種。這兩種測試裝置都是將錨桿一端固定，對錨桿的另一端直接施加沖擊荷載，這樣實際測得的錨桿抗沖擊性能包括錨桿全部長度受拉伸長所吸收的能量，測試得到的結果與錨桿現場特性有較大差別。目前的實驗裝置不能真實反映錨桿-圍巖之間的相互作用，即錨桿承受的沖擊荷載與現場實際情況不一致，而且不能直接反映在沖擊荷載作用下錨桿對圍巖的加固作用。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足，提供一種能夠反映工程現場錨桿與圍巖的相互作用的錨桿抗沖擊性能測試系統。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種考慮支護-圍巖相互作用的錨桿抗沖擊測試系統，其特征在于，包括主機框架結構、圍巖模擬裝置、錨桿試件、送樣裝置、試樣升降組件、錘體組件、提錘裝置、電氣控制系統、緩沖裝置和防護裝置；

所述的主機框架結構，包括底板、頂板、支撐立柱、導向光桿和橫梁，支撐立柱共四根，相鄰支撐立柱之間通過橫梁連接以提高主機框架結構的穩定性，導向光桿共有兩根，任意一根的上、下兩端分別與頂板和底板相連；

所述的圍巖模擬裝置，包括上側鋼管、下側鋼管、掛鉤和沖擊盤；上側鋼管和下側鋼管通過凸臺相連，既能防止兩者軸心偏斜，又能使兩者受到拉力時可以方便的脫離，掛鉤的下端通過螺紋與上側鋼管連接，掛鉤的上端可以掛在試樣夾具上；沖擊盤固定在下側鋼管的外側，用于承受錘體組件的沖擊，并將沖擊力傳遞給下側鋼管；

所述的錨桿試件，包括桿體、托盤和螺母，桿體安裝在上述圍巖模擬裝置的上側鋼管和下側鋼管中，通過砂漿或樹脂錨固劑固定，托盤與下側鋼管的低端接觸，螺母用于固定托盤；

所述的送樣裝置，包括固定構件、左右導軌、前后導軌、試樣抓鉤、抓鉤手輪，所述的固定構件用于將送樣裝置固定在主機框架結構的支撐立柱上，通過抓鉤手輪可以控制試樣抓鉤抓、放試樣；

所述的試樣升降組件，包括動力組件一、螺紋桿、試樣夾具，動力組件一可以控制螺紋桿上下運動，試樣夾具與螺紋桿下側通過螺紋連接；試樣升降組件可以將圍巖模擬裝置的上側鋼管固定在任意設定的高度；

所述的錘體組件，包括錘頭、錘頭座、主錘體、配重砝碼、砝碼鎖緊套、砝碼鎖緊桿，在主錘體上預留有上下通透的兩個導向光桿孔和圍巖模擬裝置孔，錘體組件工作時整體沿導向光桿下落，對圍巖模擬裝置的沖擊盤施加沖擊荷載；

所述的提錘裝置，包括動力組件二，電磁鐵牽引機構，抓錘自鎖機構，動、靜滑輪組，提錘鏈條；用于抓起或釋放錘體，以及將錘體組件提升到設定高度；

所述的電氣控制系統，包含觸摸屏、PLC、主命令控制按鈕、伺服控制器、安全限位開關，用于操控整臺試驗機的正常指令運行；

所述的緩沖裝置，采用液壓緩沖油缸，安裝在主機框架結構的底板上，在錨桿受沖擊后產生破斷的情況下，吸收錘體組件沖擊能量，防止錘體組件直接沖擊主機框架結構的底板；

所述的防護裝置，包含聲光報警系統、維護用安全爬梯、下安全防護罩、上安全防護網、安全門，用于保護設備操作員的人身安全，維持整機的運行安全。

本發明還可以包括沖擊荷載測量系統，包括壓力傳感器、導線、數據采集器，壓力傳感器安裝在錘頭和錘頭座之間，用于實時測量實驗過程中試件受到的沖擊荷載。