预埋分布式光纤的锚固体制作装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了预埋分布式光纤的锚固体制作装置及方法，锚固体制作装置包括振动台、分布式光纤、固定支架、底座支架、大底盘、小底盘、模具、圆钢柱和锚杆定位器，用于制作预埋分布式光纤的锚固体试件，所述锚固体试件由锚杆、锚固剂、类围岩基体组成；锚固体全长全历程变形监测方法为：利用锚固体制作装置制作预埋分布式光纤的锚固体试件，其中分布式光纤在锚杆、锚固剂、类围岩基体中呈S型布设，配合使用拉拔试验机进行锚杆拉拔实验，监测在拉拔全历程中沿锚固体全长的变形数据，并根据分布式光纤监测数据出现断点的位置，判断锚固体的破坏模式。实现锚固体在拉拔实验中三种介质的全长全历程应变信息监测以及破坏模式判别，结构简单、可靠性强。可靠性强。可靠性强。

Anchoring device and method for embedded distributed optical fiber

【技术实现步骤摘要】
预埋分布式光纤的锚固体制作装置及方法


[0001]本专利技术属于岩体工程支护
，具体涉及一种预埋分布式光纤的锚固体制作装置及锚固体变形监测方法。

技术介绍

[0002]岩体锚固通过埋设在岩层中的锚杆，将岩层紧紧地联锁在一起，依赖锚杆体—锚固剂—围岩之间力的传递，调动和增强岩体的自身强度和自稳能力，使岩体的应力状态得到改善、稳定性得到增强、工程安全性得到提高。因其具有施工易、造价低、省空间、性能佳、效果好等独特优势，成为了目前应用最广泛的地下及边坡工程支护手段之一，在国民经济多个领域和国家重大工程中发挥了关键作用。
[0003]基于锚杆拉拔实验研究锚杆在不同因素影响下的承载能力和锚固段荷载传递规律是定量评价锚固质量的主要手段，有助于分析锚固体失效模式，掌握锚杆锚固失效发生条件和灾变过程。锚固体试件由锚杆、锚固剂、围岩组成，将锚杆和锚固剂粘结面称为第一界面，锚固剂和围岩粘结界面称为第二界面，简称为“三体两面”。在实验室制作锚固体试件时，锚杆一般为钢材料(例如钢筋)，锚固剂一般为水泥砂浆、树脂锚固剂等，围岩可以采用岩石或选用水泥砂浆、混凝土等材料配制。由于锚固体所处地质条件和工程环境十分复杂，因而锚固体的破坏模式多种多样，根据工程现场实践，可将其破坏模式分为五种：杆体拉断、锚杆滑脱(第一界面失效或第二界面失效)、锚固剂剪切破碎、岩体破坏以及锚固体复合失效。如何准确掌握锚固体的变形大小和破坏模式并揭示该种破坏发生的过程及原因，对于锚固支护设计和参数优化以及锚固系统失效检测和控制具有重要意义。
[0004]当前，国内外许多学者在锚固体拉拔实验中采用应变片来测量锚杆、锚固剂和围岩内部的应变，基于这些应变数据对锚固体力学特性进行一系列的研究，并取得了不少成果。不同锚固长度下锚杆拉拔特性研究(肖同强等，采矿与安全工程学报,2017,034(006):1075
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1080.)该文采用应变片进行锚固体拉拔过程中的变形监测，但是“拉拔试验过程中部分应变片遭到破坏，造成部分数据损失”，且只能监测有限测点，不能实现全长监测。采用应变片测量存在如下缺点：(1)安装步骤复杂，提前预埋在锚固体内部的应变片难以保证其安装方向及位置的准确性；(2)应变片检测点十分有限，不能实现沿锚固体轴向全长度的变形测量；(3)应变片易于在锚杆旋转安装、振捣和拉拔过程中损坏而影响监测。因此，采用应变片测量锚固体内部各材料在拉拔实验中的应变，一是变形监测数据不够全面且应变片易于损坏，二是无法实现通过监测应变数据来判断锚固体破坏位置及模式。此外，有研究者使用光纤光栅传感器安装在开槽的锚杆上用于测量锚杆变形，然而，该种方法仅适用于测量锚杆上有限测点的应变，无法测得锚固剂、围岩的应变信息，因此难以对锚固体的变形及破坏模式提供有效连续的科学数据。

技术实现思路

[0005]针对现有锚固体拉拔实验测试技术存在的问题，本专利技术提供一种预埋分布式光纤
的锚固体制作装置及锚固体变形监测方法，可以实现锚固体在拉拔实验中三种介质的全长度全历程的应变信息监测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]一种预埋分布式光纤的锚固体制作装置，包括振动台、分布式光纤、固定支架、底座支架、大底盘、小底盘、模具、圆钢柱、锚杆定位器；所述振动台上安装固定支架、底座支架；底座支架为张设分布式光纤留出底部空间；固定支架用于固定模具；大底盘安装在底座支架上，用于承载小底盘以及模具；所述模具为圆柱形对开结构，下端嵌套于小底盘上，上端开口用于浇筑类围岩基体；所述小底盘用于定位圆钢柱以及封堵模具底部，小底盘的中心孔内径与圆钢柱的外径相同，小底盘上开设有用于导出分布式光纤的小底盘小孔；所述锚杆定位器为锥形壳体，与振动台配合使用将锚杆定位在锚孔中心，锚杆定位器安装于固定支架与小底盘之间，其开口端位于小底盘中心孔下侧，其侧面开设小孔用于导出分布式光纤。
[0008]所述圆钢柱，可辅助张设分布式光纤，在浇筑类围岩基体时，预设在模具中心，待类围岩基体凝固成型，使用拉拔实验的方式将圆钢柱取出，从而形成具有圆形锚孔的类围岩基体。
[0009]所述锚杆定位器，安装于固定支架与小底盘之间，与振动台配合使用可将锚杆定位在锚孔中心,并可通过小孔导出分布式光纤。
[0010]采用所述装置制备预埋分布式光纤的锚固体并进行变形监测的方法，包括如下步骤：
[0011]步骤一：使用预埋分布式光纤的锚固体制作装置制作锚固体试件；安装好振动台，沿圆钢柱轴向张设分布式光纤A，向模具内浇筑混凝土或水泥砂浆，开启振动台充分振捣，待凝固一天后脱模，使用穿心式千斤顶取出圆钢柱，制成类围岩基体，此时分布式光纤A已经埋入类围岩基体；
[0012]步骤二：取下振动台上的模具与圆钢柱，安装锚杆定位器，将养护好的类围岩基体放在小底盘上，使用固定支架固定，在类围岩基体的锚孔内张设分布式光纤B，再灌注水泥砂浆锚固剂，开启振动台充分振捣，此时，分布式光纤B已经埋入锚固剂中；在锚杆上开槽，完成分布式光纤C的埋设；再将埋设有分布式光纤C的锚杆沉入水泥砂浆直到锚杆定位器底部，待水泥沙浆养护好即制作完成预埋分布式光纤的锚固体试件；
[0013]步骤三：将锚固体里的锚杆、锚固剂、类围岩基体的分布式光纤C、B、A首尾熔接，使其呈S型布设，将预埋有分布式光纤的锚固体试件置于拉拔试验机中，并在锚固体试件拉拔端依次安装开槽垫片、压式负荷传感器、穿心式千斤顶、锚杆锁具，再安装或连接激光位移计、应变仪、光源、信号处理模块，激光位移计监测锚杆两端位移，与压式负荷传感器一起连接在应变仪上，将分布式光纤连接光源，光源连接信号处理模块，共同构成锚固体变形监测系统；进行拉拔实验，得到拉拔过程中锚杆、锚固剂、类围岩基体三种介质在全长度、全历程的变形数据，以及锚杆拉拔端的荷载
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位移数据，并根据分布式光纤监测数据出现断点的位置，判断锚固体的破坏模式。
[0014]所述开槽垫片，用于拉拔实验时，垫在锚固体拉拔端，并导出分布式光纤。
[0015]所述穿心式千斤顶，用于对锚杆拉拔端施加拉拔荷载。
[0016]所述锚杆锁具，位于穿心式千斤顶一侧，固定在锚杆上，使穿心式千斤顶施加的荷
载传递至锚杆。
[0017]所述压式负荷传感器，通过压式负荷传感器测量锚杆承受的拉拔荷载。
[0018]所述激光位移计，固定在拉拔实验机上，测量锚杆在拉拔过程中的位移。
[0019]所述应变仪用于转化激光位移计、压式负荷传感器的信号，便于信号处理系统处理。
[0020]所述信号处理系统，用于接收和处理应变仪与光源信号。
[0021]所述拉拔试验机，能将预埋分布式光纤的锚固体试件固定在内部，继而安装开槽垫片、压式负荷传感器、穿心式千斤顶、锚杆锁具，从而进行拉拔实验。
[0022]所述锚固体变形监测系统，用于监测拉拔实验过程中锚固体三种介质包括锚杆、锚固剂、围岩的变形。其中光源可向分布式光纤发射光信号，并可将返回的信号传给信号处理模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预埋分布式光纤的锚固体制作装置，其特征在于：包括振动台(9)、分布式光纤、固定支架(3)、底座支架(4)、大底盘(8)、小底盘(7)、模具(6)、圆钢柱(5)、锚杆定位器(14)；所述振动台(9)上安装固定支架(3)、底座支架(4)；底座支架(4)为张设分布式光纤留出底部空间；固定支架(3)用于固定模具(6)；大底盘(8)安装在底座支架(4)上，用于承载小底盘(7)以及模具(6)；所述模具(6)为圆柱形对开结构，下端嵌套于小底盘(7)上，上端开口用于浇筑类围岩基体；所述小底盘(7)用于定位圆钢柱(5)以及封堵模具底部，小底盘(7)的中心孔内径与圆钢柱(5)的外径相同，小底盘(7)上开设有用于导出分布式光纤的小底盘小孔(10)；所述锚杆定位器(14)为锥形壳体，与振动台配合使用将锚杆(1)定位在锚孔中心，锚杆定位器(14)安装于固定支架(3)与小底盘(7)之间，其开口端位于小底盘(7)中心孔下侧，其侧面开设小孔用于导出分布式光纤。2.采用权利要求1所述装置制备预埋分布式光纤的锚固体并进行变形监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：使用预埋分布式光纤的锚固体制作装置制作锚固体试件；安装好振动台(9)，沿圆钢柱(5)轴向张设分布式光纤A(111)，向模具(6)内浇筑混凝土或水泥砂浆，开启振动台(9)充分振捣，待凝固一天后脱模，使用穿心式千斤顶取出圆钢柱(5)，制成类围岩基体，此时分布式光纤A(111)已经埋入类围岩基体；步骤二：取下振动台上的模具(6)与圆钢柱(5)，安装锚杆定位器(14)，将养护好的类围岩基体放在小底盘(7)上，使用固定支架(3)固定，在类围岩基体的锚孔内张设分布式光纤B(112)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：关凯，罗文俊，朱万成，牛雷雷，刘溪鸽，秦超，代风，刘洪磊，侯晨，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：