[發明專利]NPR錨索剪切破壞模擬實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 202110394736.1
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113252469B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 朱淳;孟慶祥;劉瑾;竇智;石崇;樂慧琳
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/06;G01N3/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種NPR錨索剪切破壞模擬實驗裝置，包括底座、頂板和位于兩者中間用于支撐的鋼管，底座和頂板之間設有拉緊裝置和位移感應裝置，所述拉緊裝置的一端為固定夾具，另一端為恒阻體夾具，所述固定夾具和恒阻體夾具之間利用四根鋼管固定連接，并且固定夾具和恒阻體夾具上均有橫向設置且對通的孔，恒阻體夾具與用于施加預應力的液壓裝置相連。本發明針對性、特色性強，結構新穎，操作方便，能夠針對性的對NPR錨索的抗剪切破壞性能充分模擬研究，能夠較為準確的測得在圍巖剪切作用下NPR錨索的抗剪性能，利用實驗結果能夠有效驗證實際工程應用中發生的剪切破壞，可為礦山支護、隧道支護、邊坡支護及水利工程等領域的應用提供科學依據。

技術領域

本發明屬于煤礦巷道支護技術領域，尤其涉及一種NPR錨索剪切破壞模擬實驗裝置及實驗方法。

背景技術

近年來隨著煤礦開采深度越來越深，煤礦沖擊地壓發生強度、危害程度及頻次呈急劇增加趨勢，現有支護材料無法滿足沖擊力作用下巷道防護的要求，2014年何滿朝院士基于負泊松比材料的特殊力學特性，結合井下巷道沖擊大變形控制的需求，研發了具有負泊松比效應新型高恒阻大變形NPR錨索，研究表明這種恒阻NPR錨索能夠在靜力拉伸條件下產生滑移拉伸變形的同時保持350kN左右的恒阻力，并且在外作用力下，能夠通過保持恒阻力并產生拉伸變形來吸收變形能量。

為了更好地控制和預測深部高應力巖爆、沖擊地壓和滑坡等工程地質災害，何滿朝院士于2016年基于負泊松比材料結構在抗沖擊、抗剪切及吸收能量等方面的優異性能，研發具有NPR結構的新型恒阻大變形錨索，首次在巖石力學領域提出NPR支護的概念與力學行為的科學問題。并且通過靜態拉伸試驗、井下防沖抗爆試驗和滑坡監測試驗，驗證NPR錨索本構關系的理論模型的正確性，并逐漸推廣應用到公路隧道及邊坡支護工程中，并且在控制渭武高速木寨嶺隧道發生大變形中得到成功應用。

在實際支護過程以及室內靜態拉伸試驗中，NPR錨索的超強抗拉性能得到驗證，但對于其抗剪能力還尚未得到科學驗證。而在煤礦及隧道的應用過程中，由于地下環境惡劣，受條件限制較大，難以對NPR錨索的抗剪能力做出科學驗證。通常需要進行室內相似模擬實驗，通過實驗相似模擬實際工程情況，分析剪應力作用下NPR錨索的抗剪切效果。現有錨索剪切研究，只是模擬普通錨桿索作用下巷道圍巖對錨索的實際受力情況，難以模擬實際工程中NPR錨索恒阻器的作用效果，無法得到準確的NPR錨索抗剪切效果。因此，開發出一種結構簡單合理、實現模擬NPR錨索受力情況的綜合模擬實驗裝置可以有效驗證NPR錨索的抗剪切效果，得到準確數據，從而減少支護過程中因發生剪切破壞而失效的問題，可以為礦山、隧道、邊坡、水利等巖土工程提供科學依據。

發明內容

發明目的：本發明旨在提供一種能夠模擬實際工程中NPR錨索恒阻器作用效果的一種NPR錨索剪切破壞模擬實驗裝置及實驗方法。

技術方案：本發明的一種NPR錨索剪切破壞模擬實驗裝置，包括底座、頂板和位于兩者中間用于支撐的鋼管，底座和頂板之間設有拉緊裝置和位移感應裝置，拉緊裝置的一端為固定夾具，另一端為恒阻體夾具，固定夾具和恒阻體夾具之間利用四根鋼管固定連接，并且固定夾具和恒阻體夾具上均有橫向設置且對通的孔，恒阻體夾具與用于施加預應力的液壓裝置相連。

其中，底座上設有滑軌，恒阻體夾具的下端設有與滑軌滑動連接的支撐板，孔的直徑略大于NPR錨索鋼絞線的直徑，頂板的下方設有第一液壓油缸、第二液壓油缸、第三液壓油缸，底座的上方設有第四液壓油缸和第五液壓油缸，所述第四液壓油缸和第五液壓油缸的中間設有激光位移傳感器，固定夾具和恒阻體夾具之間的四根鋼管中間設置有第一實驗盒、第二實驗盒、第三實驗盒，第一液壓油缸、第一實驗盒和第四液壓油缸對應豎向設置，第二液壓油缸、第二實驗盒和激光位移傳感器對應豎向設置，第三液壓油缸、第三實驗盒和第五液壓油缸對應豎向設置，第一實驗盒、第二實驗盒、第三實驗盒上均有橫向設置且對通的孔，與固定夾具和恒阻體夾具上的孔位于一條水平線上，并且相互貫通，能夠使得NPR錨索穿過，固定夾具的上端利用鋼管與頂板固定連接。

一種NPR錨索剪切破壞模擬實驗方法，包括以下步驟：