地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置及方法制造方法及图纸

技术编号:17777539 阅读:23 留言:0更新日期:2018-04-22 05:02
本发明专利技术公开了一种地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置及方法,包括支撑装置,所述的支撑装置分为上、下两部分,上部分设有待测锚网喷支护结构层;下部分设置有孔状加载气囊,所述的孔状加载气囊的底层通过支撑装置支撑,顶层设有孔状弹性橡胶传力层;所述的孔状加载气囊与第一动力源相连,实现该气囊的充排气;所述的第一动力源与中心控制系统相连,可实现包括但不限于单纯加卸载、循环荷载工况下的锚网喷支护结构层力学性能的有效测试;评价方法可对影响锚网喷支护结构力学性能的各类相关因素进行统计分析,得到力学性能影响的显著性因素及影响规律,以指导锚网喷支护方案的设计与实施。

【技术实现步骤摘要】
地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置及方法
本专利技术涉及地下工程支护
,尤其涉及一种地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置及方法。
技术介绍
当前,随着各类地下工程或隧道建设规模和速度的迅猛发展,地下工程或隧道对支护结构的安全性要求也越来越高,支护结构既要保证施工期间围岩的稳定,同时还需要保证围岩长期的安全问题。当地下工程或隧道开挖后,通过利用喷射混凝土、锚杆及钢筋网所形成的锚网喷支护结构是控制围岩变形破坏的一种有效初期支护手段,该种支护属于柔性支护的一种,它可一定程度上适应围岩变形,并可有效调动围岩自承能力,使围岩与支护形成一定的自承载结构,共同抵抗外部围岩的变形破坏。同时,锚网喷支护还具有施工工艺简单、施工速度快、密贴性、及时性及可分性等优点,使其在地下工程围岩支护工程中得到了广泛应用与推广。在现场施工时,受开挖地下工程围岩强度等级及地质条件影响,锚网喷支护结构可选择单一喷射混凝土、锚杆及钢筋网进行使用,也可选取其中某几种进行联合使用。因此,锚网喷支护结构作为一类支护方式,其形式也存在很多种,比如单一的锚杆、钢筋网或喷射混凝土、锚杆+钢筋网组合、锚杆+喷射混凝土组合、钢筋网+喷射混凝土组合或锚杆+钢筋网+喷射混凝土组合等。此外,受地下工程循环爆破开挖震动影响或临界地下工程开挖扰动效应影响,锚网喷支护结构将不可避免的受到周期循环荷载或单纯加卸载等荷载作用工况的影响,这也是影响锚网喷支护结构力学性能的重要因素。然而,目前大多数学者在研究锚网喷支护结构力学性能时,往往选择单一的喷射混凝土、锚杆或钢筋网进行研究,缺乏对不同组合类型下锚网喷支护结构的宏观力学性能进行深入研究。而且,现有常规试验装置,也难以实现单一或不同组合类型锚网喷支护结构力学性能的有效测试。
技术实现思路
本专利技术针对不同组合支护类型及不同荷载作用工况下,锚网喷支护结构缺乏有效测试评价装置及方法的不足,提出了一种地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置及方法,可对单一的锚杆、钢筋网或喷射混凝土、锚杆+钢筋网组合、锚杆+喷射混凝土组合、钢筋网+喷射混凝土组合或锚杆+钢筋网+喷射混凝土组合等不同类型锚网喷支护结构进行加卸载测试。同时,借助中心控制系统和各类测试传感器,还可模拟单纯加卸载、循环加卸载等不同荷载作用工况。此外,本专利技术提出的锚网喷支护结构力学性能测试评价方法,可对影响锚网喷支护结构力学性能的各类相关因素进行统计分析,得到力学性能影响的显著性因素及影响规律,以指导锚网喷支护方案的设计与实施。为实现上述目的,本专利技术的具体技术方案如下:地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置,包括支撑装置,所述的支撑装置分为上、下两部分,上部分设有待测锚网喷支护结构层;下部分设置有孔状加载气囊,所述的孔状加载气囊的底层通过支撑装置支撑,顶层设有孔状弹性橡胶传力层;所述的孔状加载气囊与第一动力源相连,实现该气囊的充排气;所述的第一动力源与中心控制系统相连,可实现包括但不限于单纯加卸载、循环荷载工况下的锚网喷支护结构层力学性能的有效测试。进一步的,所述的支撑装置包括底部基座,底部基座上表面设置由F型钢板围护而成的框架结构,F型钢板朝向测试装置的内侧沿高度方向设有上、下外伸台阶翼缘,所述的上、下外伸台阶翼缘将支撑装置分隔为上、下两部分。进一步的,所述的底部基座均匀间隔设有系列开孔,开孔位置活动设置基座孔塞。进一步的,所述的F型钢板包括一个竖直设置的钢板,该钢板底部向外侧设置有外伸翼缘,用于和底部基座的连接,该钢板的中部设有一个向内侧沿伸的下外伸台阶翼缘,该钢板的顶部设有一个向内侧沿伸的上外伸台阶翼缘;其中上外伸台阶翼缘可沿F型钢板上下移动设置。进一步的,所述的待测锚网喷支护结构层的形式包括但不限于单一的锚杆、钢筋网或喷射混凝土、锚杆+钢筋网组合、锚杆+喷射混凝土组合、钢筋网+喷射混凝土组合和锚杆+钢筋网+喷射混凝土组合。待测锚网喷支护结构层中的钢筋网周边固定于F型钢板内侧下外伸台阶翼缘上表面;锚杆通过开孔位置自上而下依次穿过钢筋网、孔状弹性橡胶、孔状加载气囊和底部基座,锚杆两外端通过锚杆托盘及螺母进行固定安装;喷射混凝土均匀的喷射在钢筋网的上表面,喷射厚度依据不同的试验要求而定。进一步的,所述的锚网喷支护结构层中,锚杆、钢筋网、喷射混凝土部位安装有应力监测传感器,喷射混凝土上表面安有位移监测传感器和声发射监测传感器,所述的应力监测传感器、位移监测传感器、声发射监测传感器与中心控制系统相连。进一步的,所述的孔状加载气囊均匀间隔设置有系列开孔,开孔位置与底部基座开孔位置相对应,孔状加载气囊通过进、排气管与第一动力源相连,实现孔状加载气囊的充排气;所述的第一动力源为高压气泵。进一步的,所述的孔状弹性橡胶位于孔状加载气囊上表面,孔状弹性橡胶均匀间隔设置有系列开孔,开孔位置与底部基座及孔状加载气囊开孔位置相对应,开孔位置活动设置橡胶孔塞。本专利技术还提供了一种地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置的实验方法,包括以下步骤:步骤1:根据试验要求,在需要安装锚杆的位置移除底部基座与孔状弹性橡胶中相应位置的孔塞,并在测试装置内表面均匀涂抹一层润滑油膏;步骤2:与孔状加载气囊相连的进气管开始进气,当孔状弹性橡胶上表面与F型钢板下外伸翼缘上表面平齐时,停止充气,孔状加载气囊处于稳压状态;步骤3:沿孔状弹性橡胶上表面铺设钢筋网,并将钢筋网固定在F型钢板上;步骤4:沿孔状弹性橡胶、孔状加载气囊和底部基座开孔位置,安装锚杆,并利用锚杆托盘及螺母进行固定;步骤5:在钢筋网的上表面均匀喷射一定厚度的喷射混凝土;步骤6:待喷射混凝土终凝和养护完成后,将F型钢板内侧上外伸台阶翼缘紧密贴合在喷射混凝土上表面,并进行固定。步骤7:与孔状加载气囊相连的进气管继续充气,当孔状加载气囊加载压力达到锚网喷支护结构层极限承载力的3%~5%时,停止加载,系统再次处于稳压状态。步骤8:按每级荷载为5KN~10KN的梯度进行阶梯型加卸载或循环加卸载,直到锚网喷支护结构层开裂破坏,停止加载,记录加载过程中的应力、位移等试验数据。步骤9:与孔状加载气囊相连的排气管开始排气,将孔状加载气囊内的气体全部排出。步骤10:拆除F型钢板内侧上部外伸台阶翼缘,并移走喷射混凝土、钢筋网及锚杆等试验构件,并在底部基座与孔状弹性橡胶开孔处安放孔塞,试验结束,可进行下一个工作循环。进一步的,所述的试验方法中,所述的步骤1-10中喷射混凝土、钢筋网及锚杆等构件可根据待测锚网喷支护结构的具体组合形式进行选择性设置。本专利技术还提供了一种采用所述的地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置进行地下工程锚网喷支护结构力学性能评价的方法,包括以下步骤:步骤A:根据试验目的,确定影响锚网喷支护结构力学性能的各因素,根据所述因素的经验水平设计正交试验方案。步骤B:根据所述正交试验方案,利用所述的地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置及试验方法,制备相应待测锚网喷支护结构层。步骤C:对待测锚网喷支护结构层进行单纯加卸载或循环加卸载试验,利用各类测试传感器记录试验过程中各构件的应力、变形及破坏等监测数据。步骤D:根据待测锚网喷支护结构组合形式及影响因素,确定标准组与对比组,并在标准组与对比组监测数据中选择某一力学性能参数的比值设本文档来自技高网
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地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置及方法

【技术保护点】
地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置,其特征在于,包括支撑装置,所述的支撑装置分为上、下两部分,上部分设有待测锚网喷支护结构层;下部分设置有孔状加载气囊,所述的孔状加载气囊的底层通过支撑装置支撑,顶层设有孔状弹性橡胶传力层;所述的孔状加载气囊与第一动力源相连,实现该气囊的充排气;所述的第一动力源与中心控制系统相连,可实现包括但不限于单纯加卸载、循环荷载工况下的锚网喷支护结构层力学性能的有效测试。

【技术特征摘要】
1.地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置,其特征在于,包括支撑装置,所述的支撑装置分为上、下两部分,上部分设有待测锚网喷支护结构层;下部分设置有孔状加载气囊,所述的孔状加载气囊的底层通过支撑装置支撑,顶层设有孔状弹性橡胶传力层;所述的孔状加载气囊与第一动力源相连,实现该气囊的充排气;所述的第一动力源与中心控制系统相连,可实现包括但不限于单纯加卸载、循环荷载工况下的锚网喷支护结构层力学性能的有效测试。2.如权利要求1中的地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置,其特征在于,所述的支撑装置包括底部基座,底部基座上表面设置由F型钢板围护而成的框架结构,F型钢板朝向测试装置的内侧沿高度方向设有上、下外伸台阶翼缘,所述的上、下外伸台阶翼缘将支撑装置分隔为上、下两部分;所述的底部基座均匀间隔设有系列开孔,开孔位置活动设置基座孔塞;所述的上外伸台阶翼缘可沿F型钢板上下移动设置。3.如权利要求2中的地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置,其特征在于,所述的待测锚网喷支护结构层的形式包括但不限于单一的锚杆、钢筋网或喷射混凝土、锚杆+钢筋网组合、锚杆+喷射混凝土组合、钢筋网+喷射混凝土组合和锚杆+钢筋网+喷射混凝土组合;待测锚网喷支护结构层中的钢筋网周边固定于F型钢板内侧下外伸台阶翼缘上表面;锚杆通过开孔位置自上而下依次穿过钢筋网、孔状弹性橡胶、孔状加载气囊和底部基座,锚杆两外端通过锚杆托盘及螺母进行固定安装;喷射混凝土均匀的喷射在钢筋网的上表面,喷射厚度依据不同的试验要求而定。4.如权利要求3中的地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置,其特征在于,所述的锚网喷支护结构层中,锚杆、钢筋网、喷射混凝土部位安装有应力监测传感器,喷射混凝土上表面安有位移监测传感器和声发射监测传感器,所述的应力监测传感器、位移监测传感器、声发射监测传感器与中心控制系统相连。5.如权利要求1中的地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置,其特征在于,所述的孔状加载气囊均匀间隔设置有系列开孔,开孔位置与底部基座开孔位置相对应,孔状加载气囊通过进、排气管与第一动力源相连,实现孔状加载气囊的充排气;所述的第一动力源为高压气泵。6.如权利要求1中的地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置,其特征在于,所述的孔状弹性橡胶位于孔状加载气囊上表面,孔状弹性橡胶均匀间隔设置有系列开孔,开孔位置与底部基座及孔状加载气囊开孔位置相对应,开孔位置活动设置橡胶孔塞。7.利用权利要求1-6任一所述的一种地下工程锚网喷支护结构力学性能测试评价装置的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:根据试验要求,在需要安装锚杆的位置移除底部基座与孔状弹性橡胶中相应位置的孔塞,并在测试装置内表面均匀涂抹一层润滑油膏;步骤2:与孔状加载气囊相连的进气管开始进气,当孔状弹性橡胶上表面与F型钢板下外伸翼缘上表面平齐时,停止充气,孔状加载气囊处于稳压状态;步骤3:沿孔状弹性橡胶上表面铺设钢筋网,并将钢筋网固定在F型钢板上;步骤4:沿孔状弹性橡胶、孔状加载气囊和底部基座开孔位置,安装锚杆,并利用锚杆托盘及螺母进行固定;步骤5:在...

【专利技术属性】
技术研发人员:王洪涛刘平李晓静徐良陈云娟
申请(专利权)人:山东建筑大学
类型:发明
国别省市:山东,37

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