半体锚固结构应力与变形场同步测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种半体锚固结构应力与变形场同步测试系统，涉及锚固结构测试技术领域。其测试系统包括用于固定半体锚固结构的加载固定装置、对半体锚固结构进行监测的测试装置及对半体锚固结构进行拉拔测试的拉拔试验机。其中，加载固定装置还包括有用于制备半体锚固结构的内置挡板、划分锚固基体和锚固剂的临时用边界管，边界管为半圆柱状壳体。通过分别在加载固定装置的上部横梁一和下部横梁二中心处设置同轴限位管一和限位管二，保证了锚杆沿半体锚固结构轴向拉拔，防止由于偏心拉拔导致的锚杆倾斜、翘起等现象。本实用新型专利技术实现了锚固结构变形场与应力同步测试，提高了锚固机理研究数据获取的全面性。

【技术实现步骤摘要】
半体锚固结构应力与变形场同步测试系统
本技术涉及锚固结构测试
，具体涉及一种半体锚固结构应力与变形场同步测试系统。
技术介绍
锚固技术是一种有效的巷道围岩加固支护技术，在矿山、水利、隧道、岩土等工程中得到了广泛的应用。但是由于巷道围岩条件的复杂多变性，锚固作用机理尚未形成系统的理论体系，对巷道锚固支护设计的定量指导性不足，由锚固失效引发的顶板事故在国内多有发生。工程事故和室内试验表明，锚固结构体的破坏大都出现在锚固界面上，因此锚固界面是研究锚固机理的一个重点。现阶段，国内外学者对锚固界面应力分布进行了大量理论和试验分析，得到了很多有意义的研究成果，但对锚固界面附近围岩体变形特征研究则相对较少，主要原因为锚固结构体内部界面是不可视的。针对锚固界面变形可视化观测难题，很多学者多采用切片制备半个锚固结构体的方法进行观测分析，但由于缺少专门的测试装置，研究成果较少，且主要集中在土层锚固体界面变形分析，如申请号为201610070116.1和201610071187.3的专利中，公开了一种土层锚固体可视化试验装置，其试验装置可对土层中锚固体界面应力传递机理及界面变形失效规律进行测试，但该试验装置锚杆拉拔过程中存在偏心拉拔、杆体倾斜的可能，影响试验结果的准确性，且该试验装置不适合进行高强度拉拔荷载下的岩石锚固结构测试。因此，有必要研制一种用于岩石锚固结构界面变形研究的测试系统。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种半体锚固结构应力与变形场同步测试系统，以实现锚固结构拉拔试验过程中围岩变形场与锚杆应力同步测试。其技术解决方案包括：一种半体锚固结构应力与变形场同步测试系统，其包括用于制备并固定所述半体锚固结构的加载固定装置、对所述半体锚固结构进行监测的测试装置及对所述半体锚固结构进行拉拔测试的拉拔试验机，所述加载固定装置包括固定筒体、前置挡板一、前置挡板二、内置挡板一、内置挡板二和底座，所述固定筒体是一个断面为半圆状的立式箱体，所述固定筒体的顶面和底面处的半圆弧两端均安装有横梁，分别为位于顶面的横梁一和位于底面的横梁二，所述横梁一和横梁二相互平行；所述前置挡板一、前置挡板二分别设置在所述固定筒体内的中上部区域和中下部区域，与所述前置挡板一、前置挡板二连接处的固定筒体的内壁各设置一卡槽，在所述卡槽中安装所述内置挡板一、内置挡板二，所述内置挡板一、内置挡板二上均设置有一半圆孔，所述半圆孔的孔径与半体锚固结构中的锚杆直接匹配；所述加载固定装置还包括有限位管一、限位管二和用于划分所述半体锚固结构中锚固基体和锚固剂的边界管，所述限位管一、限位管二分别设置在所述横梁一和横梁二的中心处；所述边界管为半圆柱状壳体，所述壳体的两端卡接在所述内置挡板一和内置挡板二上；所述限位管一、限位管二的内壁上设置有若干圆珠，所述半体锚固结构中的锚杆与所述限位管一、限位管二中的圆珠直接接触；当制备所述半体锚固结构时，在所述固定筒体、内置挡板一、内置挡板二和边界管之间形成的区域空间制备锚固基体；在所述内置挡板一、内置挡板二、锚固基体与锚杆之间形成的区域空间灌注锚固剂；所述测试装置包括应变仪、位移传感器、成像器和计算机，所述应变仪用于监测锚杆不同位置处的轴向应变；所述位移传感器安装在所述横梁一上，用于监测所述锚杆的拉拔位移；所述成像器设置在所述半体锚固结构的正对面，用于监测锚杆拉拔试验中锚固结构表面变形场的演化过程；所述计算机用于对所述应变仪、位移传感器及成像器所得监测数据进行储存与处理；所述拉拔试验机的上夹头与所述锚杆上端夹紧连接；所述固定筒体的圆轴线、边界管的圆轴线、内置挡板一上半圆孔的圆心、内置挡板二上半圆孔的圆心、锚杆的中心轴、限位管一、限位管二的中心轴同轴线设置。作为本技术的一个优选方案，所述内置挡板一与横梁一、内置挡板二与横梁二之间有一定距离，为所述锚固基体变形留有一定的空间。作为本技术的另一个优选方案，所述锚杆的锚固段上表面设置有一凹槽，所述凹槽底部沿锚杆轴向粘贴有若干个应变计，所述的应变计与所述应变仪连接。上述优选技术方案，直接带来的有益技术效果是：(1)上下同轴限位管设计，避免了锚杆倾斜、翘起等现象，且其内壁布置的圆珠减少了锚杆拉拔时限位管的摩擦阻力；(2)半体锚固结构表面散斑场和布置有应变计的锚杆结合使用，实现了锚固结构变形场与锚杆轴力的同步测试，特别是锚杆与锚固剂界面处应力与变形耦合分析。优选的，所述固定筒体与底座之间通过螺杆连接。优选的，所述内置挡板一、内置挡板二形状均为半圆形。与现有技术相比，本技术带来了以下有益技术效果：(1)保证了锚杆沿半体锚固结构轴向拉出，防止由于偏心拉拔导致的锚杆倾斜、翘起等现象，使半体锚固结构变形现象与完整结构体拉拔试验最大程度的保持一致；(2)实现了锚固结构变形场与应力同步测试，提高了锚固机理研究数据获取的全面性；(3)本技术采用固定筒体上设置凸起圆环的方式固定半体锚固结构，结构简单易行；(4)本技术同时具备半体锚固结构制备及测试两项功能，增加另一半固定筒体即可进行锚固结构常规拉拔试验，在固定筒体前侧增加一个全遮挡透明前置挡板后，可进行土层锚固结构拉拔测试。附图说明下面结合附图对本技术做进一步说明：图1为本技术中半体锚固结构应力与变形场测试图；图2是本技术中半体锚固结构的制备装置图；图3是本技术中图2的A-A剖视图；图4是本技术中图2的B-B剖视图；图5为主要示出了本技术限位管结构示意图；其中：1-固定筒体；2-底座；3-横梁；4-限位管；4a-圆珠；5-内置挡板；6-边界管；7-圆环；8-前置挡板；9-锚固基体；10-锚固剂；11-锚杆；12-应变计；13-工业相机；14-应变仪；15-位移传感器；16a-拉拔试验机上夹头；16b-拉拔试验机下底盘。具体实施方式本技术提出了一种半体锚固结构应力与变形场同步测试系统，为了使本技术的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本技术做详细说明。本技术提供了一种半体锚固结构应力与变形场同步测试装置，结合图1至图4所示，包括加载固定装置、测试装置和拉拔试验机，其中，加载固定装置包括固定筒体1、底座2、两个横梁3(横梁一和横梁二)、两个限位管4(限位管一和限位管二)、内置挡板5(内置挡板一和内置挡板二)、边界管6和前置挡板8；底座2通过螺杆连接在固定筒体1下部；底座2与拉拔试验机下底盘16b连接；固定筒体1内壁上分布有若干凸起的圆环7，起固定半体锚固结构边壁的作用。固定筒体1中上部和中下部外侧连接有前置挡板8(前置挡板一和前置挡板二)，通过设置前置挡板一和前置挡板二，来防止半体锚固结构外凸移动；固定筒体1与前置挡板一、前置挡板二的连接处各有一卡槽，卡槽中可插入一内置挡板5(对应内置挡板一和内置挡板二，位于上部的为内置挡板一，位于下部的为内置挡板二)，上下内置挡板5与边界管6两端接触连接；内置挡板5圆心处为一半圆孔，孔径与锚杆11直径匹配。进一步的，固定筒体1、上与下内置挡板5、边界管6之间空间制备锚固基体9，上、下内置挡板5、锚固基体9与锚杆11之间的空间灌注锚固剂10；上、下内置挡板5与横梁3间隔一定距离，留有锚固基体9变形空间，且防止锚固基体9的制备材料堵塞限位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半体锚固结构应力与变形场同步测试系统，其包括用于制备并固定所述半体锚固结构的加载固定装置、对所述半体锚固结构进行监测的测试装置及对所述半体锚固结构进行拉拔测试的拉拔试验机，其特征在于：所述加载固定装置包括固定筒体、前置挡板一、前置挡板二、内置挡板一、内置挡板二和底座，所述固定筒体是一个断面为半圆状的立式箱体，所述固定筒体的顶面和底面处的半圆弧两端均安装有横梁，分别为位于顶面的横梁一和位于底面的横梁二，所述横梁一和横梁二相互平行；所述前置挡板一、前置挡板二分别设置在所述固定筒体内的中上部区域和中下部区域，与所述前置挡板一、前置挡板二连接处的固定筒体的内壁各设置一卡槽，在所述卡槽中安装所述内置挡板一、内置挡板二，所述内置挡板一、内置挡板二上均设置有一半圆孔，所述半圆孔的孔径与半体锚固结构中的锚杆直接匹配；所述加载固定装置还包括有限位管一、限位管二和用于划分所述半体锚固结构中锚固基体和锚固剂的边界管，所述限位管一、限位管二分别设置在所述横梁一和横梁二的中心处；所述边界管为半圆柱状壳体，所述壳体的两端卡接在所述内置挡板一和内置挡板二上；所述限位管一、限位管二的内壁上设置有若干圆珠，所述半体锚固结构中的锚杆与所述限位管一、限位管二中的圆珠直接接触；当制备所述半体锚固结构时，在所述固定筒体、内置挡板一、内置挡板二和边界管之间形成的区域空间制备锚固基体；在所述内置挡板一、内置挡板二、锚固基体与锚杆之间形成的区域空间灌注锚固剂；所述测试装置包括应变仪、位移传感器、成像器和计算机，所述应变仪用于监测锚杆不同位置处的轴向应变；所述位移传感器安装在所述横梁一上，用于监测所述锚杆的拉拔位移；所述成像器设置在所述半体锚固结构的正对面，用于监测锚杆拉拔试验中锚固结构表面变形场的演化过程；所述计算机用于对所述应变仪、位移传感器及成像器所得监测数据进行储存与处理；所述拉拔试验机的上夹头与所述锚杆上端夹紧连接；所述固定筒体的圆轴线、边界管的圆轴线、内置挡板一上半圆孔的圆心、内置挡板二上半圆孔的圆心、锚杆的中心轴、限位管一、限位管二的中心轴同轴线设置。...

【技术特征摘要】
1.一种半体锚固结构应力与变形场同步测试系统，其包括用于制备并固定所述半体锚固结构的加载固定装置、对所述半体锚固结构进行监测的测试装置及对所述半体锚固结构进行拉拔测试的拉拔试验机，其特征在于：所述加载固定装置包括固定筒体、前置挡板一、前置挡板二、内置挡板一、内置挡板二和底座，所述固定筒体是一个断面为半圆状的立式箱体，所述固定筒体的顶面和底面处的半圆弧两端均安装有横梁，分别为位于顶面的横梁一和位于底面的横梁二，所述横梁一和横梁二相互平行；所述前置挡板一、前置挡板二分别设置在所述固定筒体内的中上部区域和中下部区域，与所述前置挡板一、前置挡板二连接处的固定筒体的内壁各设置一卡槽，在所述卡槽中安装所述内置挡板一、内置挡板二，所述内置挡板一、内置挡板二上均设置有一半圆孔，所述半圆孔的孔径与半体锚固结构中的锚杆直接匹配；所述加载固定装置还包括有限位管一、限位管二和用于划分所述半体锚固结构中锚固基体和锚固剂的边界管，所述限位管一、限位管二分别设置在所述横梁一和横梁二的中心处；所述边界管为半圆柱状壳体，所述壳体的两端卡接在所述内置挡板一和内置挡板二上；所述限位管一、限位管二的内壁上设置有若干圆珠，所述半体锚固结构中的锚杆与所述限位管一、限位管二中的圆珠直接接触；当制备所述半体锚固结构时，在所述固定筒体、内置挡板一、内置挡板二和边界管之间形成的区域空间制备锚固基体；在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉宝，高学鹏，尹延春，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：新型
国别省市：山东,37