[發明專利]裂隙巖體離層錨固控制模擬試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201910601545.0
• 申請日: 2019-07-05
• 公開（公告）號: CN110261234B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 邢明錄;趙同彬;趙晨;王志;李小亮;張玉寶;賈敬龍;周凱
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/04;G01N1/28
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

本發明提供了一種裂隙巖體離層錨固控制模擬試驗裝置及方法，涉及巖石力學試驗技術領域，包括基座、第一端架、第二端架、加載框架、離層加載框架、加載油缸、軸向加載油缸、離層千斤頂、傳感器和承壓板，第一端架和第二端架之間設置有加載框架和離層加載框架，加載框架在第一方向和第二方向上分別設置有相對布置的加載油缸，第一端架上沿第三方向設置有軸向加載油缸，加載油缸和軸向加載油缸的加載端與載荷傳感器及承壓板相連，離層加載框架和加載框架之間設置有離層千斤頂，巖石試件放置在承壓板圍成的加載空間內，利用該裝置在模擬地應力條件下，進行巖石試件的鉆設錨桿試驗，有效地模擬錨固圍巖的離層破壞及錨桿錨固對離層巖體的控制作用。

技術領域

本發明涉及巖石力學試驗技術領域，尤其是一種裂隙巖體離層錨固控制模擬試驗裝置，以及利用該裝置進行裂隙巖體離層模擬試驗的方法。

背景技術

錨桿錨固技術由于工藝簡單和經濟實用，被廣泛的應用于深部巷道及大跨度地下洞室支護、水壩的壩基和壩肩加固、巖土邊坡加固、深基坑支擋工程以及輸水和交通隧洞等領域。在礦產開采方面，頂板離層是指巷道頂板巖層中一點與其上方一定深度內巖層中某點的相對位移量。隨著地下資源開采深度增加，地溫升高，巷道開挖后，由于通風在距巷道表面一定深度的圍巖內產生較大的溫度梯度和附加應力，容易使圍巖產生離層，這也將對圍巖穩定帶來不利影響。頂板離層是地應力、圍巖力學性質、圍巖體結構、錨桿加固參數、巷道斷面等諸因素綜合作用的外在表現，頂板離層值，因此頂板離層值是一個能預測巷道穩定性的綜合指標。

目前對頂板離層的研究大多是基于現場的數據監測，包括兩種形式：一種為頂板離層指示儀監測，它是頂板離層監測的常規儀器，用以監測錨固范圍內及錨固范圍外的離層情況，能隨時警示頂板的變形情況并及早發現頂板失穩預兆；另一種為深基點位移計監測，它能反映不同深度圍巖的移動變形情況，尤其適用錨固工程的穩定性研究。但是頂板離層數據現場的監測存在監測困難，精確度不高，數據提取分析復雜，不利于頂板離層的定量分析和理論研究。

大量錨桿支護是巖土工程中重要的加固手段，試驗和工程研究表明，錨桿能夠有效的加固圍巖，高性能錨桿支護可以轉移巖土體的載荷分布，使支護范圍內的應力均勻分布，抑制軟弱夾層導致的拉伸破壞，改善巖土體的承載結構。錨桿支護可以形成組合梁結構，有效補強圍巖，減少跨度作用，維護圍巖結構，增強圍巖承載能力，在控制巷道頂板離層方面有著重要作用。目前，對頂板離層的研究大多是基于現場的數據監測，缺乏精準可靠的室內試驗研究數據。現場監測主要包括兩種形式：一種為頂板離層指示儀監測，它是頂板離層監測的常規儀器，用以監測錨固范圍內及錨固范圍外的離層情況，能隨時警示頂板的變形情況并及早發現頂板失穩預兆；另一種為深基點位移計監測，它能反映不同深度圍巖的移動變形情況，尤其適用錨固工程的穩定性研究。但是頂板離層數據現場的監測存在監測困難，精確度不高，數據提取分析復雜，不利于頂板離層的定量分析和理論研究?；诂F有現場監測和室內試驗研究的局限性，巖體離層作用下錨桿受力理論研究，仍沒有合理地考慮錨固界面剪切作用的非線性特性，以致其僅能很好地刻畫錨桿彈性黏結階段的受力特性，仍不能有效反映其塑性變形至滑移破壞階段的受力特征。

針對錨桿對巖體離層的控制作用，例如在錨桿錨固技術由于工藝簡單和經濟實用，被廣泛的應用于深部巷道及大跨度地下洞室支護、水壩的壩基和壩肩加固、巖土邊坡加固、深基坑支擋工程以及輸水和交通隧洞等領域。

巷道內采用錨桿支護時，如何選取錨固基點進而強化煤巷頂板已有的錨固區，形成可靠的承載結構，形成向上的扭矩消除復合頂板錨固層的整體離層破壞，需要對錨桿的錨固巖體離層破壞形式及破壞機理做進一步的研究，從而得到使用高性能預應力錨桿、頂板小孔徑預緊力錨索等實現離層破碎型頂板的安全控制的理論依據。但是錨桿錨固技術的理論研究也受限于現有的研究方法及試驗設備，錨桿支護圍巖的加固機理尚未實現定量分析，尤其是針對錨固巖體的離層破壞的模擬尚未合理實現。需要對現有的室內錨桿錨固模擬試驗裝置做進一步的改進，從而可以更好的還原錨桿錨固巖體的離層實際情況，研究離層機理及特征、以及錨桿的支護機理及支護能力方法。

發明內容