地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及岩石力学技术领域，特别涉及一种地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法。本发明专利技术的地下工程主动支护体系动静组合试验系统包括锚网、锚固支护结构、试件下端静力加载装置、试件前端静力加载装置、试件左端静力加载装置、试件右端静力加载装置、试件上端静力加载装置、试件动力冲击装置、动态数据采集装置和散斑监控装置，后撤试件前端静力加载装置，并在试件的表面覆盖有锚网，且在试件的表面穿设有锚固支护结构的状态下，试件动力冲击装置配置成向试件的表面施加动载荷。本发明专利技术提供的地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法，用以研究锚固支护下岩体动静耦合的力学性能，指导深部围岩的安全稳定控制。指导深部围岩的安全稳定控制。指导深部围岩的安全稳定控制。

【技术实现步骤摘要】
地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法


[0001]本专利技术涉及岩石力学
，特别涉及一种地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法。

技术介绍

[0002]深部地下工程在建设过程中面临高应力和强扰动等复杂条件，深部围岩在静载高应力的作用下积聚大量弹性能，围岩开挖卸荷导致的应力集中与动力扰动的影响，易导致积聚的弹性能瞬时释放，发生冲击地压和岩爆等动力灾害，严重威胁施工人员的安全。
[0003]深部地下工程主要采用锚杆和锚网等锚固支护结构来控制围岩大变形，与围岩组成锚固联合体共同承担围岩载荷，抵抗动力冲击时的能量。锚固联合体在围岩开挖应力集中效应下处于高静载状态，同时受到强烈的动载作用，故研究锚固支护下岩体动静耦合的力学性能，能指导深部围岩的安全稳定控制，而现有的试验系统主要针对单一锚固构件的动力性能进行研究，缺少模拟现场围岩在锚固支护下动静载荷作用下的综合力学性能研究。
[0004]有鉴于此，亟需一种地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法，用以研究锚固支护下岩体动静耦合的力学性能，指导深部围岩的安全稳定控制。
[0006]本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：本专利技术提供一种地下工程主动支护体系动静组合试验系统，包括：锚网；锚固支护结构；试件下端静力加载装置；试件前端静力加载装置，位于试件下端静力加载装置的前侧；试件左端静力加载装置，位于试件下端静力加载装置的左侧；试件右端静力加载装置，位于试件下端静力加载装置的右侧；试件上端静力加载装置，位于试件下端静力加载装置的上侧；试件动力冲击装置，其中，在当试件下端静力加载装置、试件前端静力加载装置、试件左端静力加载装置、试件右端静力加载装置和试件上端静力加载装置将置于试件下端静力加载装置的试件加载至地应力水平后，后撤试件前端静力加载装置，并在试件的表面覆盖有锚网，且在试件的表面穿设有锚固支护结构的状态下，试件动力冲击装置配置成向试件的表面施加动载荷；动态数据采集装置，配置成采集锚固支护结构的应力、锚固支护结构的应变、试件动力冲击装置的冲击力、试件动力冲击装置的冲击速度和试件的位移；散斑监控装置，配置成监测试件的变形和锚网的变形。
[0007]在本专利技术的实施方式中，试件动力冲击装置位于试件下端静力加载装置的上方，试件上端静力加载装置包括直线运动结构，直线运动结构具有直线运动部，直线运动部向上延伸设置，直线运动部的下端设有一加载部，上端静力加载装置通过加载部对试件的上端加载，试件动力冲击装置可上下滑动地套设于直线运动部，其中，当试件动力冲击装置向下运动并抵持于加载部的上表面时，试件动力冲击装置配置成通过加载部向试件的上端施加动载荷，以实现动静载荷耦合。
[0008]在本专利技术的实施方式中，试件动力冲击装置包括：导向杆，向上延伸设置；弹性部件限位部，设置于导向杆的上部；落锤，可上下滑动地套设于导向杆和直线运动部；弹性部件，夹设于弹性部件限位部和落锤之间，配置成提升落锤向下运动的速度；其中，当落锤向下运动并抵持于加载部的上表面时，落锤配置成通过加载部向试件的上端施加动载荷，以实现动静载荷耦合。
[0009]在本专利技术的实施方式中，还包括试件均匀受力部和试件均匀受力配合部，其中，试件均匀受力部凹设于加载部的下端，试件均匀受力配合部设置于试件的上端，并覆盖试件的上端，试件均匀受力配合部的上端对应于试件均匀受力部的位置设有凸起，凸起的形状与试件均匀受力部的形状相匹配；或者，试件均匀受力部凸设于加载部的下端，试件均匀受力配合部设置于试件的上端，并覆盖试件的上端，试件均匀受力配合部的上端对应于试件均匀受力部的位置设有凹槽，凹槽的形状与试件均匀受力部的形状相匹配。
[0010]在本专利技术的实施方式中，还包括锚网固定装置，前侧具有试件伸入孔，锚网固定装置通过试件伸入孔套设于试件的前部，锚网罩设于试件伸入孔并与试件的前端相抵；锚网固定装置包括相叠设的第一方形紧固框和第二方形紧固框，锚网夹持于第一方形紧固框和第二方形紧固框之间。
[0011]在本专利技术的实施方式中，还包括试件后端挡板，设置于试件的后端，并与试件下端静力加载装置相接。
[0012]在本专利技术的实施方式中，还包括透明防护罩，位于试件和散斑监控装置之间，并覆盖于试件的前端。
[0013]在本专利技术的实施方式中，还包括锚网加固托盘，锚固支护结构为锚杆，锚杆穿设于锚网加固托盘的中间位置，在锚固支护结构穿设于试件的前端的状态下，锚网加固托盘与试件的前端相贴合，以夹持锚网。
[0014]本专利技术还提供一种地下工程主动支护体系动静组合试验方法，地下工程主动支护体系动静组合试验方法采用上述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，地下工程主动支护体系动静组合试验方法包括以下步骤：将试件置于试件下端静力加载装置，并将试件后端挡板设置于试件的后端，且试件后端挡板与试件下端静力加载装置相接；通过试件下端静力加载装置、试件前端静力加载装置、试件左端静力加载装置、试件右端静力加载装置和试件上端静力加载装置分别对试件的对应表面加载至地应力水平；后撤试件前端静力加载装置，并将锚网固定装置通过试件伸入孔套设于试件的前部，使锚网与试件的前端相抵；
将锚杆穿设于试件的前端，并通过与锚杆相连的锚网加固托盘与试件的前端相贴合，以夹持锚网；通过试件动力冲击装置向试件的表面施加动载荷；在施加动载荷后，通过动态数据采集装置采集锚固支护结构的应力、锚固支护结构的应变、试件动力冲击装置的冲击力、试件动力冲击装置的冲击速度和试件的位移，通过散斑监控装置监测试件的变形和锚网的变形；根据试件吸收的能量，建立动静组合力学性能评价指标α，并对试件在三轴动静组合作用下的综合力学性能进行评价。
[0015]在本专利技术的实施方式中，通过下式计算试件吸收的能量E
T
：E
T
=E1+E2E1=(σ1+σ2+σ3)/2EE2=(mv1‑
mv2)/2E1表示试件本身储存的弹性能，σ1、σ2、σ3分别为试件所受的三向应力，E为试件的弹性模量，E2表示试件动力冲击装置的动能变化量，表征试件所吸收的动力冲击能量，m表示试件动力冲击装置的质量；v1表示试件动力冲击装置作用到试件上的速度；v2表示试件动力冲击装置作用到试件后反弹的速度；动静组合力学性能评价指标α：α=E
T
/(V
×
n)V表示试件的体积，n表示试件上锚杆的数量本专利技术的地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法的特点及优点是：在当试件下端静力加载装置、试件前端静力加载装置、试件左端静力加载装置、试件右端静力加载装置和试件上端静力加载装置将置于试件下端静力加载装置的试件加载至地应力水平后，后撤试件前端静力加载装置，并在试件的表面覆盖有锚网，且在试件的表面穿设有锚固支护结构的状态下，试件动力冲击装置配置成向试件的表面施加动载荷，由此，可模拟现场围岩在锚固支护下动静载荷作用，并且，通过动态数据采集装置和散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，包括：锚网（1）；锚固支护结构（2）；试件下端静力加载装置（3）；试件前端静力加载装置（4），位于所述试件下端静力加载装置（3）的前侧；试件左端静力加载装置（5），位于所述试件下端静力加载装置（3）的左侧；试件右端静力加载装置（6），位于所述试件下端静力加载装置（3）的右侧；试件上端静力加载装置（7），位于所述试件下端静力加载装置（3）的上侧；试件动力冲击装置（8），其中，在当所述试件下端静力加载装置（3）、所述试件前端静力加载装置（4）、所述试件左端静力加载装置（5）、所述试件右端静力加载装置（6）和所述试件上端静力加载装置（7）将置于所述试件下端静力加载装置（3）的试件（9）加载至地应力水平后，后撤所述试件前端静力加载装置（4），并在所述试件（9）的表面覆盖有所述锚网（1），且在所述试件（9）的表面穿设有所述锚固支护结构（2）的状态下，所述试件动力冲击装置（8）配置成向所述试件（9）的表面施加动载荷；动态数据采集装置（10），配置成采集所述锚固支护结构（2）的应力、所述锚固支护结构（2）的应变、所述试件动力冲击装置（8）的冲击力、所述试件动力冲击装置（8）的冲击速度和所述试件（9）的位移；散斑监控装置（11），配置成监测所述试件（9）的变形和所述锚网（1）的变形。2.根据权利要求1所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，所述试件动力冲击装置（8）位于所述试件下端静力加载装置（3）的上方，所述试件上端静力加载装置（7）包括直线运动结构（71），所述直线运动结构（71）具有直线运动部（711），所述直线运动部（711）向上延伸设置，所述直线运动部（711）的下端设有一加载部（712），所述上端静力加载装置通过所述加载部（712）对所述试件（9）的上端加载，所述试件动力冲击装置（8）可上下滑动地套设于所述直线运动部（711），其中，当所述试件动力冲击装置（8）向下运动并抵持于所述加载部（712）的上表面时，所述试件动力冲击装置（8）配置成通过所述加载部（712）向所述试件（9）的上端施加动载荷，以实现动静载荷耦合。3.根据权利要求2所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，所述试件动力冲击装置（8）包括：导向杆（81），向上延伸设置；弹性部件限位部（82），设置于所述导向杆（81）的上部；落锤（83），可上下滑动地套设于所述导向杆（81）和所述直线运动部（711）；弹性部件（84），夹设于所述弹性部件限位部（82）和所述落锤（83）之间，配置成提升所述落锤（83）向下运动的速度；其中，当所述落锤（83）向下运动并抵持于所述加载部（712）的上表面时，所述落锤（83）配置成通过所述加载部（712）向所述试件（9）的上端施加动载荷，以实现动静载荷耦合。4.根据权利要求2所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，还包括试件均匀受力部（12）和试件均匀受力配合部（13），其中，所述试件均匀受力部（12）凹设于所述加载部（712）的下端，所述试件均匀受力配合部（13）设置于所述试件（9）的上端，并覆盖所述试件（9）的上端，所述试件均匀受力配合部
（13）的上端对应于所述试件均匀受力部（12）的位置设有凸起（131），所述凸起（131）的形状与所述试件均匀受力部（12）的形状相匹配；或者，所述试件均匀受力部（12）凸设于所述加载部（712）的下端，所述试件均匀受力配合部（13）设置于所述试件（9）的上端，并覆盖所述试件（9）的上端，所述试件均匀受力配合部（13）的上端对应于所述试件均匀受力部（12）的位置设有凹槽，所述凹槽的形状与所述试件均匀受力部（12）的形状相匹配。5.根据权利要求1所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，辛忠欣，江贝，章冲，
申请(专利权)人：北京力岩科技有限公司山东能源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：