[發明專利]用于測試高應力環境錨桿或錨索錨固界面力學性能的試驗系統及方法

在審

• 申請號: 201710682267.7
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107268637A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 王洪濤;王琦;劉平;陳云娟
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: E02D17/04
• 分類號: E02D17/04;E02D33/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 任歡

技術領域

本發明涉及地下工程支護材料試驗領域，特別是涉及用于測試高應力環境錨桿或錨索錨固界面力學性能的試驗系統及方法。

背景技術

目前，隨著國民經濟快速發展對煤炭資源需求量的日益提高，煤炭資源開采強度逐年增加，淺部煤炭資源基本趨于枯竭，我國大部分礦井開始呈現出“向深部開采”的發展趨勢。當礦井開采超過某一臨界深度后，受深部“三高一擾動”因素影響，圍巖所處地質力學環境更加復雜多變，在淺部呈現出硬巖特征的巖石，則會呈現出軟巖大變形、大地壓、難支護的非線性破壞特征，極易產生強巖爆、突水、頂板冒落等安全事故，這給我國礦井安全生產帶來了極大威脅。

作為一種有效的支護技術，錨桿(索)可充分調動軟弱圍巖自承能力，有效控制圍巖變形破壞，在我國礦山領域應用最為廣泛。眾所周知，當現場錨固技術施工完畢后，所構成的錨固系統由錨桿(索)桿體、錨固劑與圍巖的三種介質共同組成，包含錨桿(索)-錨固劑與錨固劑-圍巖兩個界面。沿錨桿(索)錨固段軸向取一定長度范圍，通過等比例制作錨固體模型試件(包括錨桿(索)桿體、錨固劑及桿體周圍一定范圍圍巖)，開展室內拉拔試驗，分析在拉拔荷載作用下錨桿(索)從圍巖拔出過程中的力學失效行為，是研究錨固系統界面力學性能的一種有效手段。

然而，當地下硐室埋深較大，地應力水平較高，圍巖應力大小也是影響錨固系統承載性能的一個重要因素。但是現有拉拔試驗中還較少考慮該因素，相關試驗研究成果也未曾見到。尤其，人們一般習慣將錨桿(索)桿體、錨固劑及巖土體構成的錨固體試件加工成圓柱形模型，若采用傳統液壓油缸配合剛性推力器的方式，從圓柱體表面沿環向施加徑向均布圍巖壓力，實現難度較大，需對油缸結構進行特殊設計才可滿足要求，且由于與傳統液壓油缸配合的剛性加載推力器與圓柱形錨固體模型試件表面接觸面積也非常有限，無法保證圓柱形模型表面圍巖壓力沿環向分布的均勻性。一旦試驗過程圓柱形錨固體模型受到非均勻加載壓力作用而產生非對稱開裂或擠壓變形，錨固體模型橫斷面將難以保證圓形，進而無法有效模擬模型表面環向均布圍巖應力作用，降低試驗精度。

針對上述問題，本發明提出了用于測試高應力環境錨桿或錨索錨固界面力學性能的試驗系統及方法，可予以有效解決。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明還提供了一種試驗用錨桿或錨索夾持機構，該夾持機構可用于錨桿或錨索拉拔試驗中對錨桿或錨索桿體的自動夾持與松開，簡單方便，而且牢固可靠。

一種試驗用錨桿或錨索夾持機構的具體方案如下：

一種試驗用錨桿或錨索夾持機構，包括中空自動加載油缸，中空自動加載油缸包括中空缸筒，中空缸筒內設置中空活塞筒，中空活塞筒的動力輸出端與夾持圓盤連接；

夾持圓盤中心部位開有錐形圓槽，錐形圓槽頂部設置環形槽蓋，錐形圓槽底部中心部位設置中空套管，中空套管與中空缸筒連接，錐形圓槽內設置錐形鎖塊，錐形鎖塊與環形槽蓋之間設置高強錐形壓簧，高強錐形壓簧與環形槽蓋內圈部位設置中空錐形圓套，錐形鎖塊包括至少兩塊，錐形鎖塊在與夾持圓盤的相對移動中實現夾持與張開；待測模型錨桿或錨索可穿過環形槽蓋、錐形鎖塊、中空錐形圓套、中空套管和中空缸筒設置。

上述夾持機構，第一動力源可以是風動油箱泵，由其控制中空缸筒內活塞筒的移動，進而帶動夾持圓盤的上移和下移。當夾持圓盤下移時，可使中空套管頂端頂住錐形鎖塊，使錐形鎖塊上移壓縮錐形壓簧，并保持自動張開，錨桿或錨索桿體可自由穿過，而當夾持圓盤上移時，中空套管頂端與錐形鎖塊分開，錐形鎖塊在高強壓簧作用下下移，可實現對錨桿或錨索桿體的自動夾持。隨著中空自動加載油缸進油油液壓力的增大，夾持圓盤持續上移，還可實現對錨桿或錨索桿體拉拔荷載的施加。

進一步地，所述中空錐形圓套頂部固定在所述環形槽蓋內環表面，可以通過螺紋進行緊固；

錐形鎖塊在錐形圓槽底部閉合后，為中空錐形體，外圈表面底部為錐形面，頂部設有臺階，內圈表面底部為圓柱面，頂部為錐形面；

所述的錐形鎖塊外圈表面底部錐形面、內圈表面頂部錐形面與所述的中空錐形圓套外圈表面、錐形圓槽內圈表面錐形圓面傾斜角度一致，可形成使錐形鎖塊沿錐形圓槽上下自由移動的錐形通道。

進一步地，所述中空套管的外側中部可設置外伸臺階以與中空缸筒上表面通過緊固件進行鎖緊。

進一步地，本發明提供了用于測試高應力環境錨桿或錨索錨固界面力學性能的試驗系統，該系統可實現不同圍巖應力、不同加載方式等因素影響下，圓柱形錨桿(索)錨固體模型界面力學性能的自動加載測試與控制。

該試驗系統的具體方案如下：