本发明专利技术公开一种小型锚固体动静组合加载实验装置和方法，属于岩石力学实验领域。本装置包括底座组合单元、限位固定单元、侧向静载加载单元以及顶部动载加载单元，可实现五面约束、一面临空的小型锚固体三轴动静组合加载环境，装置底座及侧面设有可拆卸临空面，更改临空面位置可实现锚固体受力方向变化，本装置结合落锤式冲击动载试验机可精准构建出加载在小型锚固体试样上部的应力路径，从而研究不同工况小型锚固体试样在动静组合加载应力下所显现出的动力学特性以及破裂化特征，实验结构与方法更加符合现场实际情况。与方法更加符合现场实际情况。与方法更加符合现场实际情况。
A small triaxial dynamic and static combined loading experimental device and method for anchor body
【技术实现步骤摘要】
一种小型锚固体三轴动静组合加载实验装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种小型锚固体三轴动静组合加载实验装置和方法，属于岩石力学实验领域。
技术介绍
[0002]煤矿巷道掘进开挖后，利用锚杆(索)支护对巷道围岩提供应力补偿，达到主动支护的作用，锚杆(索)
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锚固剂
‑
围岩共同组成锚固结构，锚固结构在对巷道起支护作用的同时受三向应力作用，同时工作面服务期间冲击动载扰动会对锚固结构稳定性造成影响。冲击地压矿井中对巷道造成毁灭性破坏的大能量事件占比极低，同时极低能量事件不会对锚固结构造成损伤，当冲击能量在两个临界值之间时，每次冲击扰动都会对锚固结构造成损伤，且锚固结构破坏与能量入射角度高度相关，损伤不断累积之下最终在小能量冲击下便有可能发生破坏失去承载性能。
[0003]目前，国内外学者对锚固结构破坏实验多集中于静态拉拔或单纯支护体的性能测试，动静组合加载试验也多集中于单纯岩体在单轴、双轴、三轴等均匀加载下所显现的力学特性及变形破坏特征。但是，上述研究中鲜有对三轴动静组合应力加载下锚固结构的累积损伤破坏进行研究，岩体中安装支护体构成锚固结构后对加载装置的空间结构提出了一定的要求，另外，结合冲击载荷的动静组合应力加载相较于静态均匀加载，锚固结构所表现出的力学特性及破裂坏特征具有较大的差异性，不仅如此，如何拟合加载在锚固结构上的应力路径，使之更加符合现场实际情况，也是较难解决的问题。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的不足之处，提供一种小型锚固体三轴动静组合加载实验装置和方法，可以准确的构建与还原锚固结构所承受的应力环境，研究锚固体在动静组合加载应力下所显现出来的动力学特性及破裂化特征，实验结果更加符合现场情况。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术的一种小型锚固体三轴动静组合加载实验装置，其特征在于：包括可拆卸的组合底座，组合底座包括底座A和用以摆放固定试件的底座B，底座A通过螺栓设置在底座B底部，所述底座A为空心支架结构，底座B为板状结构；底座B上围绕试件设有限位固定单元，限位固定单元包括垂直底座B设置在试件后侧的侧立板a、设置在试件左侧的侧立板b、设置在试件前侧的前静态加压装置和设置在试件右侧的右静态加压装置，侧立板a、侧立板b、前静态加压装置和右静态加压装置之间形成包裹试件的矩形包围结构，侧立板a和侧立板b的内侧分别与试件的后面和左面接触，侧立板a和侧立板b的外侧上设有多块用以提供支撑力的角加强板，静态加压装置和右静态加压装置均包括通过设置的后座立板抵住的超薄液压缸，超薄液压缸的端部通过加载头柱抵住试件的前面和右面，试件的顶面设有顶部动载加载单元，顶部动载加载单元包括用以连接落锤式动力加载试验机的上压头，顶部动载加载单元与设置在底座B上的限位固定单元形成针对试件的三轴加载结构；其中侧立板b和底座B上分别设有模拟临空面的开孔，并设有一个与模拟临空面开
口匹配的底垫板，使用时选择开放一个模拟临空面的开口，利用底垫板遮盖另一个模拟临空面的开口；当开放侧立板b的模拟临空面开口安装底垫板时，底座B的模拟临空面开口开放，此时需要安装底座A给试件中设置的支护体留出试验空间，反之则无需安装底座A。
[0006]加载头柱通过加载头板与试件接触，加载头板的尺寸与试件接触面匹配，加载头板与加载头柱之间设有多个加载头加强板，载头板上设有多个用于监测试件内部裂隙萌生、扩展以及整体破坏的过程的声发射传感器。
[0007]所述底座B的边角上设有多个便于连接锁链搬运的吊环，吊环通过底座B上开的吊环孔固定连接。
[0008]底座A内中间水平设有透明的亚克力板，亚克力板上方留有便于从底座B上的模拟临空面开孔伸出的支护体的空间，同时在亚克力板下方设置观测临空面开孔中试件在试验中变化的摄像头；底座A通过设置在底座B上的底座连接孔进行固定连接。
[0009]所述底座B及侧立板b上的模拟临空面的开口均为阶梯开口，阶梯开口与试件接触面的部分面积与底垫板或试件的侧面相同，便于固定底垫板或试件，阶梯开口外侧开口部分面积小于底垫板或试件用以观测试件在试验中的变化，阶梯开口若安装底垫板则通过阶梯开口的肩部固定底垫板从而掩盖安装了底垫板的阶梯通孔，另一个没有安装底垫板的阶梯开口则通过肩部约束试件，使试件中设置的支护体向阶梯开口安装，以模拟现场岩体状态，实现小型锚固体试样不同受力方向下变形破坏的观测。
[0010]通过侧向静载加载单元及顶部动载加载单元的加载，以及一个开放的临空面开孔，从而对试件进行五面约束、一面临空的应力加载环境，模拟煤矿巷道开挖后巷道围岩表面是唯一临空面，顶部有垂直压力，周围有X、Y方向的侧压，且顶板两侧有帮部支撑，实现小型锚固体三轴动静组合加载。
[0011]一种小型锚固体三轴动静组合加载试验方法，包括以下步骤：
[0012]S1、制作小型锚固体试样：浇筑制备小型锚固体，小型锚固体中的支护体所在面标记为临空面，并将小型锚固体安装入限位固定单元，小型锚固体试样的左面和后面与侧立板a以及侧立板b紧密接触；
[0013]S2、施加侧压，分别调节超薄液压缸从而通过加载头柱向与小型锚固体试样前面和右面接触的加载头板精准施加不同侧向静载压力；
[0014]S3、进行三轴动静组合加载试验：
[0015]S3.1、通过落锤式冲击动载试验机设置不同冲击能量路径，与上压头接触并加载，固定冲击能量循环加载完毕后，逐次增大落锤冲击能量，直至小型锚固体试样破坏，在试验过程中，实时监测小型锚固体试的动态响应、裂纹扩展规律及破裂化特征；
[0016]S3.2、改变落锤式冲击动载试验机的冲击能量大小，或更换支护体不同安装角度的小型锚固体试样，或更换不同锚固基体小型锚固体试样，或更换不同锚固方式小型锚固体试样，然后重复步骤S1。
[0017]本装置实现锚固体五面加载，一面临空模拟现场受力环境，根据具体试验要求确定修改项系数，如冲击能量大小、支护体角度、锚固基体强度、锚固方式等参数，开展对比分析试验。
[0018]有益效果：
[0019]本装置体积小，并且预留了临空面预留空间，保证了支护体需要外露的特殊结构，
且该装置通过调整临空面位置可以实现锚固结构不同受力方向下的损伤破坏研究，本装置以测得锚固体试样在三轴动静组合加载状态下受到循环冲击时的动态响应和破裂化特征，进而了解冲击动载巷道中锚固结构真实的破坏特征；而利用本方法中的应力路径，可以使拟合的应力环境更加接近现场中锚固结构所受的应力环境，使实验结果更加接近实际情况，为冲击动载巷道支护体系的抗冲击评估以及相应的支护设计等提供指导。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的小型锚固体动静组合加载实验装置结构示意图；
[0021]图2是图1的A
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A向截面示意图；
[0022]图3是图1的B
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B向剖面示意图；
[0023]图4是图1的C
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C向剖面示意图；
[0024]图5是本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种小型锚固体三轴动静组合加载实验装置，其特征在于：包括可拆卸的组合底座(1)，组合底座(1)包括底座A(15)和用以摆放固定试件的底座B(13)，底座A(15)通过螺栓设置在底座B(13)底部，所述底座A(15)为空心支架结构，底座B(13)为板状结构；底座B(13)上围绕试件设有限位固定单元，限位固定单元包括垂直底座B(13)设置在试件后侧的侧立板a(2)、设置在试件左侧的侧立板b(4)、设置在试件前侧的前静态加压装置和设置在试件右侧的右静态加压装置，侧立板a(2)、侧立板b(4)、前静态加压装置和右静态加压装置之间形成包裹试件的矩形包围结构，侧立板a(2)和侧立板b(4)的内侧分别与试件的后面和左面接触，侧立板a(2)和侧立板b(4)的外侧上设有多块用以提供支撑力的角加强板(7)，静态加压装置和右静态加压装置均包括通过设置的后座立板(11)抵住的超薄液压缸(10)，超薄液压缸(10)的端部通过加载头柱(9)抵住试件的前面和右面，试件的顶面设有顶部动载加载单元，顶部动载加载单元包括用以连接落锤式动力加载试验机的上压头(5)，顶部动载加载单元与设置在底座B(13)上的限位固定单元形成针对试件的三轴加载结构；其中侧立板b(4)和底座B(13)上分别设有模拟临空面的开孔，并设有一个与模拟临空面开口匹配的底垫板(3)，使用时选择开放一个模拟临空面的开口，利用底垫板(3)遮盖另一个模拟临空面的开口；当开放侧立板b(4)的模拟临空面开口安装底垫板(3)时，底座B(13)的模拟临空面开口开放，此时需要安装底座A(15)给试件中设置的支护体留出试验空间，反之则无需安装底座A(15)。2.根据权利要求1所述小型锚固体三轴动静组合加载实验装置，其特征在于：加载头柱(9)通过加载头板(6)与试件接触，加载头板(6)的尺寸与试件接触面匹配，加载头板(6)与加载头柱(9)之间设有多个加载头加强板(8)，载头板(6)上设有多个用于监测试件内部裂隙萌生、扩展以及整体破坏的过程的声发射传感器(19)。3.根据权利要求1所述小型锚固体三轴动静组合加载实验装置，其特征在于：所述底座B(13)的边角上设有多个便于连接锁链搬运的吊环，吊环通过底座B(13)上开的吊环孔(17)固定连接。4.根据权利要求1所述小型锚固体三轴动静组合加载实验装置，其特征在于：底座A(15)内中间水平设有透明的亚克力板(16)，亚克力板(16)上方留有便于从底座B(13)上的模拟临空面开孔伸出的支护体的空间，同...
【专利技术属性】
技术研发人员：阚甲广，王朋，张农，魏群，许兴亮，崔广振，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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