本发明专利技术提供了一种同向拉扭加载装置及裂隙锚固岩体试验系统和方法，涉及岩石力学技术领域。该装置包括拉伸加载机构、联动机构、扭转加载机构，扭转加载机构与拉伸加载机构之间设置联动机构，保证同步随动加载，裂隙锚固岩体组合件通过联动机构实施加载。其中拉压油缸可以实现双向加载，调整拉压油缸活塞位置可以实现不同长度锚固体试样的加载；利用该加载装置可以进行拉伸及扭转运动约束控制，从而对锚固岩体裂隙面处锚杆与岩体粘结界面施加拉扭复合应力，该试验方法可以进行大尺寸裂隙试件锚固岩体一侧固定另一侧拉扭的同步加载，为研究锚固裂隙处的锚杆锚固界面在拉扭复合应力作用下界面失效及锚杆受力规律提供了方便。用下界面失效及锚杆受力规律提供了方便。用下界面失效及锚杆受力规律提供了方便。
【技术实现步骤摘要】
一种同向拉扭加载装置及裂隙锚固岩体试验系统和方法
[0001]本专利技术涉及岩石力学
，尤其是一种同向拉扭加载装置及裂隙锚固岩体试验系统和方法。
技术介绍
[0002]锚杆支护作为围岩主体的重要支护技术，为地下空间工程安全生产与高效建设提供了可靠的技术保障。目前，锚杆的种类繁多，最常用的有普通螺纹钢锚杆、Cone锚杆、D
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bolt、Garford锚索、Roofex锚杆、Durabar锚杆、Yielding Secura锚杆等，不同类型的锚杆与围岩的相互作用机制及支护机理具有差异性。锚杆锚固性能优劣一方面通过现场实践经验判定，一方面需要借助室内试验进行科学地研究。
[0003]在工程现场，由于地层结构及原生裂隙的影响，巷道通常会发生非均匀变形，在锚固裂隙面上对锚杆产生复合应力加载作用。由于锚杆锚固的隐蔽性，在现场难以开展有效的观测及研究，需要借助室内试验装置进行细致试验研究。以往试验研究比较关注锚杆与岩体间的拉拔剪切作用及由于岩体错动产生的垂直于锚杆的剪切作用，而忽视了坚硬岩体间的偏转错动问题。从工程实际来说，岩体间偏转错动的角度不会太大，通常在0
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10
°
之间，但由于两块岩体的裂隙间距一般较小、甚至处于压紧闭合状态，所以锚固裂隙岩体微小的偏转也可能造成锚固界面损伤失效或者锚杆屈服破坏等。
[0004]现有技术中，包括一种锚固岩体扭转剪切试验装置及方法(CN110243701A)、锚杆(索)支护结构测试及锚固系统性能综合试验装置及方法(CN110274831A)，其岩体拉伸加载机构与岩体扭转加载机构分别位于试验机的前部及尾部，因此为更加完美科学地还原工程问题，测试岩体间锚杆拉扭力学性能，提出一种适用于裂隙锚固岩体试验系统的同向拉扭加载装置。
技术实现思路
[0005]为了实现对拉伸及扭转运动约束控制，对锚固岩体裂隙面处锚杆与岩体粘结界面施加拉扭复合应力，进行大尺寸裂隙试件锚固岩体一侧固定另一侧拉扭的同步加载试验，方便研究锚固裂隙处的锚杆锚固界面在拉扭复合应力作用下界面失效及锚杆受力规律，本专利技术提供了一种同向拉扭加载装置及裂隙锚固岩体试验系统和方法，具体的技术方案如下。
[0006]一种同向拉扭加载装置，包括拉伸加载机构、联动机构、扭转加载机构，所述扭转加载机构与拉伸加载机构之间设置联动机构，裂隙锚固岩体组合试件放置在联动机构内；所述拉伸加载机构的拉压油缸双向加载，调整拉压油缸活塞位置对不同长度锚固体试样进行加载；同向拉扭加载装置进行拉伸及扭转运动约束控制，锚固岩体裂隙面处锚杆与岩体粘结界面承受拉扭复合应力作用，裂隙锚固岩体组合试件的一侧固定，另一侧进行拉扭的同步加载。
[0007]优选的是，拉压油缸为双向加载油缸，拉压油缸通过固定杆固定在主框架前部的
承载板上；所述承载板预留圆孔，预留圆孔的直径大于拉压油缸的活塞直径；所述拉压油缸活塞尾端为变径螺纹丝杆，轮辐传感器和变径螺纹丝杆相配合；所述轮辐传感器通过长螺柱与第一导向板、内丝螺孔连接盘固定连接；所述第一导向板上设置有钻孔，钻孔直径大于拉压油缸的活塞直径。
[0008]优选的是，轮辐传感器感测拉压油缸与定轴之间的轴向拉力，内丝螺孔连接盘固定在定轴前端的螺纹丝杠上；所述内丝螺孔连接盘后侧通过定轴与变截面圆筒转轴相互耦合形成的内腔中布置有单向推力轴承和推力圆柱滚子轴承；变截面圆筒转轴与第二导向板形成的内腔中布置有双列圆柱滚子轴承，圆筒转轴绕定轴旋转。
[0009]优选的是，第一导向板和第二导向板通过定向导杆与主框架前方的承载板相连接。
[0010]还优选的是，变截面圆筒转轴外环上安装有第一带轮，扭转电机驱动第二带轮旋转，皮带连接第一带轮和第二带轮；第一带轮转动同时带动变截面圆筒转轴和拉扭加载框架旋转。
[0011]还优选的是，扭转电机通过电机固定座安装在扭转电机固定框架上，扭转电机固定框架固定安装在扭转加载机构的固定大板的滑块上，所述滑块配合在扭转加载机构的导轨上，所述固定大板通过扭矩反力板与主框架的侧板相连接。
[0012]进一步优选的是，电机固定座为中空的筒状结构，第一扭转传动轴穿过电机固定座与扭转电机的转动轴相连，第一扭转传动轴、第二扭转传动轴均与扭矩传感器相连，第二扭转传动轴与滚珠轴承及第二带轮相连，所述滚珠轴承通过轴承座配置在固定大板的滑块上。
[0013]进一步优选的是，扭转电机固定框架通过联动机构与第一导向板、第二导向板固定连接，联动机构上部通过导轨滑块机构与扭转加载装置相连；所述扭转加载机构通过联动机构与中间联动机构、拉伸加载机构同时运动。
[0014]一种裂隙锚固岩体试验系统，具有上述的一种同向拉扭加载装置，还包括主框架和裂隙锚固岩体组合件，所述主框架包括钢垫板、多组主框架侧板、主框架前部承载板、主框架后部承载板，多组主框架侧板设置在主框架前部承载板和主框架后部承载板之间；所述裂隙锚固岩体组合件放置在主框架内，装配件夹持裂隙锚固岩体组合件，装配件包括相似材料试样和外框；拉扭夹持框架包括变截面圆盘、连杆和矩形槽圆盘，装配件和拉扭夹持框架相配合。
[0015]一种裂隙锚固岩体试验方法，利用上述的一种裂隙锚固岩体试验系统，包括：在进行裂隙锚固岩体的拉扭组合试验时，同向拉扭加载装置对裂隙锚固岩体组合件施加拉拔及扭转载荷；在进行锚杆杆体的拉扭组合试验时，将拉扭加载框架更换为拉扭液压夹具，拉扭液压夹具包括安装在拉扭加载装置上的前拉扭液压夹具，以及安装在主框架内的后拉扭液压夹具；调整后拉扭液压夹具固定位置进行不同长度锚杆的拉扭组合试验。
[0016]本专利技术提供的一种同向拉扭加载装置及裂隙锚固岩体试验系统和方法有益效果是：
[0017](1)通过轴承及相关结构件之间的配合，构成中间联动机构，使得扭转加载及测量机构能够与拉伸加载及测量机构同步随动加载，实现了对拉伸及扭转运动约束控制，并对锚固岩体裂隙面处锚杆与岩体粘结界面施加拉扭复合应力。
[0018](2)通过同向拉扭加载装置与试验系统主框架及拉扭加载框架、锚固岩体试样装配件等结构的有效配合，实现了大尺寸裂隙锚固岩体的一侧固定、另一侧拉扭同步加载。同向拉扭加载装置结构采用同侧联动布置，释放试验系统上部及后侧空间使用空间，使得试验系统具有更大的功能扩充性，且更容易安装大尺寸锚固岩体组合试样。
[0019](3)裂隙锚固岩体试验方法利用该试验系统进行试验，可以进行裂隙锚固岩体的拉扭组合试验和锚杆杆体的拉扭组合试验，方便了锚固裂隙处的锚杆锚固界面在拉扭复合应力作用下界面失效及锚杆受力规律的研究。
附图说明
[0020]图1是裂隙锚固岩体试验系统示意图；
[0021]图2是裂隙锚固岩体试验系统的侧视图；
[0022]图3是拆除上部盖板后的裂隙锚固岩体试验系统俯视图；
[0023]图4是裂隙锚固岩体试验系统的剖视图；
[0024]图5是同向拉扭加载装置的立体图；
[0025]图6是岩体试样形状示意图；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同向拉扭加载装置，其特征在于，包括拉伸加载机构、联动机构、扭转加载机构，所述扭转加载机构与拉伸加载机构之间设置联动机构，裂隙锚固岩体组合试件放置在联动机构内；所述拉伸加载机构的拉压油缸双向加载，调整拉压油缸活塞位置对不同长度锚固体试样进行加载；同向拉扭加载装置进行拉伸及扭转运动约束控制，锚固岩体裂隙面处锚杆与岩体粘结界面承受拉扭复合应力作用，裂隙锚固岩体组合试件的一侧固定，另一侧进行拉扭的同步加载。2.根据权利要求1所述的一种同向拉扭加载装置，其特征在于，所述拉压油缸为双向加载油缸，拉压油缸通过固定杆固定在主框架前部的承载板上；所述承载板预留圆孔，预留圆孔的直径大于拉压油缸的活塞直径；所述拉压油缸活塞尾端为变径螺纹丝杆，轮辐传感器和变径螺纹丝杆相配合；所述轮辐传感器通过长螺柱与第一导向板、内丝螺孔连接盘固定连接；所述第一导向板上设置有钻孔，钻孔直径大于拉压油缸的活塞直径。3.根据权利要求2所述的一种同向拉扭加载装置，其特征在于，所述轮辐传感器感测拉压油缸与定轴之间的轴向拉力，内丝螺孔连接盘固定在定轴前端的螺纹丝杠上；所述内丝螺孔连接盘后侧通过定轴与变截面圆筒转轴相互耦合形成的内腔中布置有单向推力轴承和推力圆柱滚子轴承；变截面圆筒转轴与第二导向板形成的内腔中布置有双列圆柱滚子轴承，圆筒转轴绕定轴旋转。4.根据权利要求2所述的一种同向拉扭加载装置，其特征在于，所述第一导向板和第二导向板通过定向导杆与主框架前方的承载板相连接。5.根据权利要求2所述的一种同向拉扭加载装置，其特征在于，所述变截面圆筒转轴外环上安装有第一带轮，扭转电机驱动第二带轮旋转，皮带连接第一带轮和第二带轮；第一带轮转动同时带动变截面圆筒转轴和拉扭加载框架旋转。6.根据权利要求2所述的一种同向拉扭加载装置，其特征在于，所述扭转电机通过电机固定座安装...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵同彬，郭磊，邢明录，尹延春，刘彬，刘文礼，于凤海，郭伟耀，张玉宝，刘亚鑫，陈仕伟，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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