本发明专利技术公开了一种煤矿巷道锚杆锚索协同作用光弹实验装置，包括实验台，实验台两端通过两根横梁连接起来，两根横梁上设有五个可沿两根横梁轴向滑动的底座，其中从左向右排列的第三个底座的固定块上安装环氧树脂制成的不同断面的巷道模型，并且巷道模型内布置锚杆与锚索模型，实验台的一端安装摄像头，另一端安装光源，其中靠近摄像头一端的底座的固定块上安装检偏镜，靠近光源一端的底座的固定块上安装起偏镜，剩余的两个底座的固定块上安装四分之一波片，检偏镜、起偏镜、两个四分之一波片位于同一高度，通过光弹实验系统的应用，极大地缩短了实验周期，减小了实验误差，进行锚杆-锚索协同作用原理及支护参数优化设计的研究。
【技术实现步骤摘要】
煤矿巷道锚杆锚索协同作用光弹实验装置
本专利技术涉及一种实验装置，特别涉及一种煤矿巷道锚杆锚索协同作用光弹实验装置。
技术介绍
煤炭是我国的主要能源之一，煤炭地下开采需要安全的工作空间。目前，煤矿巷道支护广泛采用锚杆、锚索、锚喷网等支护形式。锚杆-锚索支护则是锚杆支护与锚索支护的结合，预紧力锚杆-锚索支护可以在巷道围岩锚固结构中形成相互连接、相互叠加的有效应力区，把围岩从荷载变为承载体，变被动支护为主动支护，通过锚杆-锚索协同作用提高锚固区内岩体的峰值强度和残余强度，有效控制围岩变形、位移和裂缝的发展，充分发挥围岩自身的支撑作用，最大限度的保持围岩的完整性、稳定性。因此，锚杆-锚索协同作用的研究对煤矿安全、高效生产具有深远的意义。光弹性实验方法是一种光学的应力测量方法，在光测弹性仪上进行，先用具有双折射性能的透明材料制成和实际构件形状相似的模型，受力后，以偏振光透过模型，由于应力的存在，产生光的暂时双折射现象，再透过分析镜后产生光的干涉，在屏幕上显示出具有明暗条纹的映象，根据它即可推算出构件内的应力分布情况，所以这种方法对形状复杂的构件尤为适用。因为测量是全域性的，所以具有直观性强，能有效而准确地确定受力模型各点的主应力差和主应力方向，并能计算出各点的主应力数值。尤其对构件应力集中系数的确定，光弹性实验法显得极为方便和有效。目前，锚杆-锚索协同作用的研究方法主要包括现场实测、理论分析、物理模拟和数值模拟，模拟分析锚杆-锚索预紧力引起的应力分布特征，但上述方法存在以下问题：1、现场实测方法无法准确测出预紧力大小及方向，较难研究锚杆-锚索的协同作用；2、物理模拟方法忽略原岩应力场的存在，实验偏差较大；3、理论分析方法是在半实验、半理论的基础上发展起来的，假设参数较多，且与实际差别较大，难以完全消除主观因素的影响；4、上述方法实验周期较长，成本较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种煤矿巷道锚杆锚索协同作用光弹实验装置，该实验装置可以减小实验误差，并可将抽象的应力转化为可直观观测的等差线条纹。为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：煤矿巷道锚杆锚索协同作用光弹实验装置，包括实验台，所述实验台两端通过两根横梁连接起来，两根横梁相互平行，所述两根横梁上从左向右依次设有五个可沿两根横梁轴向滑动的底座，每个底座上端均设有固定块，其中从左向右排列的第三个底座的固定块上安装环氧树脂制成的不同断面的巷道模型，并且巷道模型内布置锚杆与锚索模型，所述实验台的一端安装摄像头，另一端安装光源，其中靠近摄像头一端的底座的固定块上安装检偏镜，靠近光源一端的底座的固定块上安装起偏镜，剩余的两个底座的固定块上安装四分之一波片，所述检偏镜、起偏镜、两个四分之一波片位于同一高度，安装巷道模型的固定块上设有卡槽，并且该固定块上设有加固旋钮，所述巷道模型底部通过加固旋钮固定于卡槽内，起偏镜、检偏镜、两个四分之一波片也分别通过加固旋钮与各自的固定块连接，所述光源与摄像头也分别通过加固旋钮与实验台连接，所述巷道模型的工艺过程为：1、将环氧树脂的液体原料和固化剂按4:1的比例混合搅拌均匀，然后用抽气法除去其中的气泡；2、将环氧树脂的液体原料和固化剂的混合浆体倒入洁净平放的金属磨具中；3、将锚杆7和锚索6镶嵌在选定断面形状的巷道模型4内；4、将金属磨具放入烘箱，设置温度120℃，烘烤4个小时；5、把金属磨具从烘箱内取出，自然冷却后将巷道模型4从金属磨具内脱模取出。优选的，锚杆用螺钉模拟，锚索用细铁丝拧成的麻花体模拟，并且锚杆、锚索端头设有螺纹，通过拧紧螺母可对巷道模型中的锚杆、锚索施加预紧力。优选的，巷道模型断面呈矩形。优选的，巷道模型断面呈圆拱形。优选的，巷道模型断面呈梯形。本专利技术将使用环氧树脂巷道模型和光弹实验系统两部分结合起来，利用环氧树脂在受力变形时产生光学各向异性的特点，根据偏振方向不同光线的光程差确定应力差值，通过采用不同断面的巷道模型，在特定的偏振光场中观察，通过与计算机连接的摄像头进行观测，能更直观的观测到不同等差线条纹，从而实现实时获取模型材料内部应力传递与变形数据，进而研究分析锚杆-锚索预紧力协同作用。本专利技术通过光弹实验系统的应用，极大地缩短了实验周期，减小了实验误差，进行锚杆-锚索协同作用原理及支护参数优化设计的研究。附图说明图1是本专利技术煤矿巷道锚杆锚索协同作用光弹实验装置的结构示意图；图2是本专利技术中的光学元件固定调节示意图；图3是本专利技术中的巷道模型固定调节示意图；图4-1是本专利技术中的矩形巷道断面模型图；图4-2是本专利技术中的另一个矩形巷道断面模型图；图5-1是本专利技术中的圆拱形巷道断面模型图；图5-2是本专利技术中的另一个圆拱形巷道断面模型图；图6-1是本专利技术中的梯形巷道断面模型图；图6-2是本专利技术中的另一个梯形巷道断面模型图；其中，1.实验台2.横梁3.底座4.巷道模型5.螺母6.锚杆7.锚索8.摄像头9.光源10.检偏镜11.起偏镜12.四分之一波片13.卡槽14.加固旋钮。具体实施方式下面结合附图，通过对实施例的描述，对本专利技术做进一步说明：如图1所示，本专利技术煤矿巷道锚杆锚索协同作用光弹实验装置，包括实验台1，实验台1两端通过两根横梁2连接，两根横梁2相互平行，两根横梁2上从左到右依次设有五个可沿两根横梁2轴向滑动的底座3，每个底座3上端均固定安装一个固定块，其中从左向右排列的第三个底座3的固定块通过设在固定块上表面的卡槽13安装巷道模型4，并且巷道模型4通过设在该固定块同一侧面的两个加固旋钮14来实现紧固与高度的调节，该巷道模型4的断面形状设计为矩形、梯形以及圆拱形，并且巷道模型4内布置锚杆6和锚索7模型，通过卡槽13安装巷道模型4，便于更换不同断面形状的巷道模型4，实验台1的一端通过加固旋钮14安装一个摄像头8，该处的加固旋钮14用以调节摄像头8的高度以及紧固程度，实验台1的另一端也通过加固旋钮14安装一个光源9，该处的加固旋钮14用以调节光源9的高度以及紧固程度，其中靠近摄像头8一端的底座3的固定块上安装检偏镜10，靠近光源9一端的底座3的固定块上安装起偏镜11，剩余的两个底座3的固定块上安装四分之一波片12，如图2所示，安装检偏镜10、起偏镜11、两个四分之一波片12的固定块上分别设有加固旋钮14，检偏镜10、起偏镜11、两个四分之一波片12通过调节各自相应位置的加固旋钮14来保持检偏镜10、起偏镜11、两个四分之一波片12处于同一高度。本专利技术的巷道模型4在制作过程中将锚杆6、锚索7模型镶嵌在巷道模型4中，其中锚杆6用螺钉模拟，锚索7用细铁丝拧成的麻花体模拟，并且锚杆6、锚索7端头设有螺纹，通过拧紧螺母5可对巷道模型4中的锚杆6、锚索7施加预紧力。通过不同断面形状的巷道模型4，例如半圆拱形、梯形、矩形，和不同数量与镶嵌位置的锚杆、锚索制成不同组合形式的巷道模型4。具体制作如下：1、将环氧树脂的液体原料和固化剂按4:1的比例混合搅拌均匀，然后用抽气法除去其中的气泡；2、将环氧树脂的液体原料和固化剂的混合浆体倒入洁净平放的金属磨具中；3、将锚杆7和锚索6镶嵌在选定断面形状的巷道模型4内；4、将金属磨具放入烘箱，设置温度120℃，烘烤4个小时；5、把金属磨具从烘箱内取出，自然冷却后将巷道模型4从金属磨具内脱本文档来自技高网...
【技术保护点】
煤矿巷道锚杆锚索协同作用光弹实验装置，包括实验台(1)，所述实验台(1)两端通过两根横梁(2)连接起来，两根横梁(2)相互平行，其特征在于：所述两根横梁(2)上从左向右依次设有五个可沿两根横梁(2)轴向滑动的底座(3)，每个底座(3)上端均设有固定块，其中从左向右排列的第三个底座(3)的固定块上安装环氧树脂制成的不同断面的巷道模型(4)，并且巷道模型(4)内布置锚杆(6)与锚索(7)模型，所述实验台(1)的一端安装摄像头(8)，另一端安装光源(9)，其中靠近摄像头(8)一端的底座(3)的固定块上安装检偏镜(10)，靠近光源(9)一端的底座(3)的固定块上安装起偏镜(11)，剩余的两个底座(3)的固定块上安装四分之一波片(12)，所述检偏镜(10)、起偏镜(11)、两个四分之一波片(12)位于同一高度。
【技术特征摘要】
1.煤矿巷道锚杆锚索协同作用光弹实验装置，包括实验台(1)，所述实验台(1)两端通过两根横梁(2)连接起来，两根横梁(2)相互平行，其特征在于：所述两根横梁(2)上从左向右依次设有五个可沿两根横梁(2)轴向滑动的底座(3)，每个底座(3)上端均设有固定块，其中从左向右排列的第三个底座(3)的固定块上安装环氧树脂制成的不同断面的巷道模型(4)，并且巷道模型(4)内布置锚杆(6)与锚索(7)模型，所述实验台(1)的一端安装摄像头(8)，另一端安装光源(9)，其中靠近摄像头(8)一端的底座(3)的固定块上安装检偏镜(10)，靠近光源(9)一端的底座(3)的固定块上安装起偏镜(11)，剩余的两个底座(3)的固定块上安装四分之一波片(12)，所述检偏镜(10)、起偏镜(11)、两个四分之一波片(12)位于同一高度，所述安装巷道模型(4)的固定块上设有卡槽(13)，并且该固定块上设有加固旋钮(14)，所述巷道模型(4)底部通过加固旋钮(14)固定于卡槽(13)内，所述起偏镜(11)、检偏镜(10)、两个四分之一波片(12)也分别通过加固旋钮(14)与各自的固定块连接，所述光源(9)与...
【专利技术属性】
技术研发人员：李英明，周姚姚，左超，孟祥瑞，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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