一种锚杆/索性能室内测试用锚固体及其制备与使用方法技术

一种锚杆/索性能室内测试用锚固体及其制备与使用方法，锚固体分为I、II及III型锚固体，I和II型锚固体为分体组合应用型锚固体，III型锚固体为独立应用型锚固体。本发明专利技术保留了圆柱体试件径向均匀受力的优势，具备拉拔方向应力约束的能力，克服了圆柱体试件与剪切约束构件之间的应力集中问题，降低了锚固体受剪切荷载承压下沿轴向拉拔荷载位移所产生的摩擦力，可实现不同围压、热

【技术实现步骤摘要】
一种锚杆/索性能室内测试用锚固体及其制备与使用方法


[0001]本专利技术属于锚杆/索性能测试
，特别是涉及一种锚杆/索性能室内测试用锚固体及其制备与使用方法。

技术介绍

[0002]锚杆/索支护是最为基本的岩体加固技术，被广泛应用于诸多不同的工程领域。锚杆/索支护中，由锚杆/索直接作用于巷道或隧洞围岩，用以起到锚固围岩的作用，而受到锚杆/索锚固作用的围岩区域被称为锚固体。为了在室内试验中开展各类型锚杆/索性能测试，技术人员设计了多种不同类型的锚固体，以实现在室内模拟现场不同围岩的锚固情况。
[0003]目前，用于室内锚杆/索性能测试试验的锚固体主要分为三类：第一类为以厚壁钢管为基础的锚固体，第二类为以立方体或长方体混凝土试件基础的锚固体，第三类为以圆柱体混凝土试件为基础的锚固体。
[0004]针对第一类为以厚壁钢管为基础的锚固体，公告号为CN208420365U的中国专利申请，公开了一种用于锚杆拉拔测试的钻孔模拟装置，其应用的锚固体采用中空刚性金属圆管来模拟围岩内的锚固钻孔，并对待测锚杆施加径向刚性约束，但是此类锚固体采用的中空刚性金属圆管的内部为光滑表面，无法真实反映钻孔表面的粗糙度，存在金属刚性约束与工程实际围岩径向约束条件不一致的问题。
[0005]针对第二类为以立方体或长方体混凝土试件基础的锚固体，公告号为CN107462492A的中国专利申请，公开了一种用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究的方法，其应用的锚固体采用了不同配比的混凝土试件，可以模拟不同强度的围岩约束条件，通过冲击钻机对试件进行钻孔以形成锚固钻孔，虽然该锚固钻孔可以接近真实的钻孔粗糙度，但是混凝土试件为正方形或长方形，导致试件中的钻孔径向厚度不一致，在对锚固体施加围压时，不能实现均匀受力。
[0006]针对第三类为以圆柱体混凝土试件为基础的锚固体，公告号为CN113125292A的中国专利申请，公开了一种预埋分布式光纤的锚固体制作装置及方法，公告号为CN106124321A的中国专利申请，公开了一种可拆卸式锚杆锚固特性试验台，上述两个专利申请中应用的锚固体均采用了圆柱体混凝土试件，得益于圆柱体的径向各向同性及等厚特性，对锚固体施加围压时，可以实现均匀受力，但是锚固体的圆柱体混凝土试件的径向外露面与剪切位移约束板为线接触，这种结构形式很容易造成应力集中问题。
[0007]室内锚杆/索拉剪耦合性能测试是指锚杆/索在拉拔和剪切力共同作用下的性能测试，包括直接拉拔锚杆/索剪切和间接拉拔锚杆/索剪切(直接拉拔锚固体剪切)的两种测试方式，在拉拔剪切耦合工况下，锚固体会同时受到拉拔力及剪切力。然而，现有的三类传统锚固体受限于标准圆筒状或者方体状的形状，无法借助夹具使其同时具备拉拔方向及剪切方向的应力约束，并且在试验工况下锚固体会与装置约束框架产生极大摩檫力，从而影响试验结果的准确性。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种锚杆/索性能室内测试用锚固体及其制备与使用方法，保留了圆柱体试件径向均匀受力的优势，具备拉拔方向应力约束的能力，克服了圆柱体试件与剪切约束构件之间的应力集中问题，大幅度降低了锚固体受剪切荷载承压下沿轴向拉拔荷载位移所产生的摩擦力，可以实现不同围压、热
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应力腐蚀等复杂条件下的锚杆/索多种性能试验工况需求，通过预埋光纤光栅传感器以及安装声发射单元，实现全面监测试验过程中锚固体混凝土试件的损伤与破坏情况，研究锚固体混凝土试件的应力与应变演化规律，对进一步揭示支护锚杆/索与锚固体的相互作用机理具有重要意义。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种锚杆/索性能室内测试用锚固体，包括三种类型，分别为I型锚固体、II型锚固体及III型锚固体，所述I型锚固体和II型锚固体为分体组合应用型锚固体，所述III型锚固体为独立应用型锚固体。
[0010]所述I型锚固体包括短体混凝土试件、左夹板、右夹板、径向约束夹套、均力垫块及夹板紧固件；所述短体混凝土试件采用三级阶梯式圆柱形结构，短体混凝土试件的中间段为大径段，短体混凝土试件的两个端头段为小径段；在所述左夹板和右夹板的中心开设有试件限位套装孔，试件限位套装孔的内径尺寸与短体混凝土试件的两个端头段外径尺寸相等；所述左夹板和右夹板镜像对称套装在短体混凝土试件的两个端头段，左夹板和右夹板之间通过四根夹板紧固件固定连接，短体混凝土试件的中间段夹持在左夹板和右夹板之间；所述径向约束夹套固定套装在短体混凝土试件的中间段外侧；所述均力垫块的下表面为半圆柱面，均力垫块下表面的半圆柱面内径尺寸与径向约束夹套的外径尺寸相等，均力垫块下表面与径向约束夹套搭接在一起；所述均力垫块的上表面为平面，均力垫块的顶部平面向外设有边沿，边沿与左夹板和右夹板搭接在一起。
[0011]所述II型锚固体包括短体混凝土试件、左夹板、右夹板、径向约束夹套、均力垫块、夹板紧固件、滚珠减摩板、左滚珠减摩条及右滚珠减摩条；所述短体混凝土试件采用三级阶梯式圆柱形结构，短体混凝土试件的中间段为大径段，短体混凝土试件的两个端头段为小径段；在所述左夹板和右夹板的中心开设有试件限位套装孔，试件限位套装孔的内径尺寸与短体混凝土试件的两个端头段外径尺寸相等；所述左夹板和右夹板镜像对称套装在短体混凝土试件的两个端头段，左夹板和右夹板之间通过四根夹板紧固件固定连接，短体混凝土试件的中间段夹持在左夹板和右夹板之间；所述左滚珠减摩条固定设置在左夹板底部；所述右滚珠减摩条固定设置在右夹板底部；所述径向约束夹套固定套装在短体混凝土试件的中间段外侧；所述均力垫块的下表面为半圆柱面，均力垫块下表面的半圆柱面内径尺寸与径向约束夹套的外径尺寸相等，均力垫块下表面与径向约束夹套搭接在一起；所述均力垫块的上表面为平面，所述滚珠减摩板固定设置在均力垫块上表面。
[0012]所述III型锚固体包括长体混凝土试件、左夹板、右夹板、径向约束夹套及夹板紧固件；所述长体混凝土试件采用三级阶梯式圆柱形结构，长体混凝土试件的中间段为大径段，短体混凝土试件的两个端头段为小径段；在所述左夹板和右夹板的中心开设有试件限位套装孔，试件限位套装孔的内径尺寸与短体混凝土试件的两个端头段外径尺寸相等；所述左夹板和右夹板镜像对称套装在长体混凝土试件的两个端头段，左夹板和右夹板之间通过四根夹板紧固件固定连接，长体混凝土试件的中间段夹持在左夹板和右夹板之间；所述径向约束夹套数量若干，若干径向约束夹套沿长体混凝土试件轴向并列固定套装在长体混
凝土试件的中间段外侧。
[0013]在锚杆/索性能室内测试装置的锚固体安装槽的侧壁上开设有若干夹板插接卡槽，所述I型锚固体及III型锚固体的左夹板和右夹板通过夹板插接卡槽与锚固体安装槽进行固定连接，所述II型锚固体的左夹板和右夹板不与夹板插接卡槽插接配合。
[0014]由多个所述I型锚固体串联构成非减摩式锚固体总成，非减摩式锚固体总成内的各个锚固体之间通过串联紧固件固定连接；由一个或多个所述I型锚固体与II型锚固体串联构成减摩式锚固体总成，减摩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锚杆/索性能室内测试用锚固体，其特征在于：包括三种类型，分别为I型锚固体、II型锚固体及III型锚固体，所述I型锚固体和II型锚固体为分体组合应用型锚固体，所述III型锚固体为独立应用型锚固体。2.根据权利要求1所述的一种锚杆/索性能室内测试用锚固体，其特征在于：所述I型锚固体包括短体混凝土试件、左夹板、右夹板、径向约束夹套、均力垫块及夹板紧固件；所述短体混凝土试件采用三级阶梯式圆柱形结构，短体混凝土试件的中间段为大径段，短体混凝土试件的两个端头段为小径段；在所述左夹板和右夹板的中心开设有试件限位套装孔，试件限位套装孔的内径尺寸与短体混凝土试件的两个端头段外径尺寸相等；所述左夹板和右夹板镜像对称套装在短体混凝土试件的两个端头段，左夹板和右夹板之间通过四根夹板紧固件固定连接，短体混凝土试件的中间段夹持在左夹板和右夹板之间；所述径向约束夹套固定套装在短体混凝土试件的中间段外侧；所述均力垫块的下表面为半圆柱面，均力垫块下表面的半圆柱面内径尺寸与径向约束夹套的外径尺寸相等，均力垫块下表面与径向约束夹套搭接在一起；所述均力垫块的上表面为平面，均力垫块的顶部平面向外设有边沿，边沿与左夹板和右夹板搭接在一起。3.根据权利要求2所述的一种锚杆/索性能室内测试用锚固体，其特征在于：所述II型锚固体包括短体混凝土试件、左夹板、右夹板、径向约束夹套、均力垫块、夹板紧固件、滚珠减摩板、左滚珠减摩条及右滚珠减摩条；所述短体混凝土试件采用三级阶梯式圆柱形结构，短体混凝土试件的中间段为大径段，短体混凝土试件的两个端头段为小径段；在所述左夹板和右夹板的中心开设有试件限位套装孔，试件限位套装孔的内径尺寸与短体混凝土试件的两个端头段外径尺寸相等；所述左夹板和右夹板镜像对称套装在短体混凝土试件的两个端头段，左夹板和右夹板之间通过四根夹板紧固件固定连接，短体混凝土试件的中间段夹持在左夹板和右夹板之间；所述左滚珠减摩条固定设置在左夹板底部；所述右滚珠减摩条固定设置在右夹板底部；所述径向约束夹套固定套装在短体混凝土试件的中间段外侧；所述均力垫块的下表面为半圆柱面，均力垫块下表面的半圆柱面内径尺寸与径向约束夹套的外径尺寸相等，均力垫块下表面与径向约束夹套搭接在一起；所述均力垫块的上表面为平面，所述滚珠减摩板固定设置在均力垫块上表面。4.根据权利要求3所述的一种锚杆/索性能室内测试用锚固体，其特征在于：所述III型锚固体包括长体混凝土试件、左夹板、右夹板、径向约束夹套及夹板紧固件；所述长体混凝土试件采用三级阶梯式圆柱形结构，长体混凝土试件的中间段为大径段，短体混凝土试件的两个端头段为小径段；在所述左夹板和右夹板的中心开设有试件限位套装孔，试件限位套装孔的内径尺寸与短体混凝土试件的两个端头段外径尺寸相等；所述左夹板和右夹板镜像对称套装在长体混凝土试件的两个端头段，左夹板和右夹板之间通过四根夹板紧固件固定连接，长体混凝土试件的中间段夹持在左夹板和右夹板之间；所述径向约束夹套数量若干，若干径向约束夹套沿长体混凝土试件轴向并列固定套装在长体混凝土试件的中间段外侧。5.根据权利要求4所述的一种锚杆/索性能室内测试用锚固体，其特征在于：在锚杆/索性能室内测试装置的锚固体安装槽的侧壁上开设有若干夹板插接卡槽，所述I型锚固体及III型锚固体的左夹板和右夹板通过夹板插接卡槽与锚固体安装槽进行固定连接，所述II型锚固体的左夹板和右夹板不与夹板插接卡槽插接配合。
6.根据权利要求5所述的一种锚杆/索性能室内测试用锚固体，其特征在于：由多个所述I型锚固体串联构成非减摩式锚固体总成，非减摩式锚固体总成内的各个锚固体之间通过串联紧固件固定连接；由一个或多个所述I型锚固体与II型锚固体串联构成减摩式锚固体总成，减摩式锚固体总成内的各个锚固体之间也通过串联紧固件固定连接。7.权利要求6所述的锚杆/索性能室内测试用锚固体的制备与使用方法，当测试对象为III型锚固体时，其特征在于包括如下步骤：步骤一：制备长体混凝土试件步骤1：准备一台混凝土搅拌机以及多台试件成型模具；步骤2：按照试件设计强度，向混凝土搅拌机内加入相应规格的混凝土原料，由混凝土搅拌机对混凝土原料进行均混搅拌，直至混凝土达到浇筑标准；步骤3：将搅拌好的混凝土倒入试件成型模具中，在全部试件成型模具的中心处均事先放置有一根型芯，型芯为圆截面直杆，在型芯的表面缠绕有PVC薄膜或脱黏薄膜；步骤4：当试件成型模具中完成混凝土浇筑后，每隔30分钟转动一次型芯，避免型芯与混凝土发生黏连，型芯转动次数不低于6次；步骤5：将试件成型模具中的混凝土静止至少24小时，直到混凝土达到硬化时间并形成长体混凝土试件；步骤6：将型芯取出并完成模具拆卸，之后将硬化后的长体混凝土试件养护至少28天，此时的长体混凝土试件中心具有预留孔道；步骤7：从同标同养的多个长体混凝土试件中随机选取力学测试样品，对力学测试样品开展岩石力学试验，确保同标同养的长体混凝土试件的力学参数达到设计要求；步骤二：制备III型锚固体步骤1：准备一台液压钻机；步骤2：将长体混凝土试件临时固定到工作平台上，完成长体混凝土试件中心的预留孔道与液压钻机的冲击钻头的对中调整；步骤3：利用液压钻机对预留孔道进行扩孔，扩孔后的预留孔道作为后续锚杆/索的安装孔；步骤4：在完成扩孔后的长体混凝土试件上依次安装左夹板、右夹板、夹板紧固件及径向约束夹套，直至形成III型锚固体；步骤三：安装锚杆/索步骤1：准备一根锚杆/索，锚杆/索的长度根据预留孔道的深度确定；步骤2：在锚杆/索表面固定缠绕多根光纤光栅传感器，将缠绕好光纤光栅传感器的锚杆/索锚固安装到扩孔后的预留孔道内；步骤3：在长体混凝土试件的外露端面上安装声发射探头；步骤四：开展测试步骤1：将安装有锚杆/索的III型锚固体吊装到锚杆/索性能室内测试装置的锚固体安装槽中，使III型锚固体的左夹板和右夹板准确插入相应位置处的夹板插接卡槽中；步骤2：将锚杆/索的外露段与锚杆/索性能室内测试装置内的拉拔板固定连接到一起；步骤3：启动锚杆/索性能室内测试装置内的拉拔施力油缸，拉拔施力油缸通过拉拔板对锚杆/索进行轴向拉拔，进行独立拉拔试验，同时通过光纤光栅传感器和声发射探头采集
试验数据。8.权利要求6所述的锚杆/索性能室内测试用锚固体的制备与使用方法，当测试对象为非减摩式锚固体总成时，其特征在于包括如下步骤：步骤一：制备短体混凝土试件步骤1：准备一台混凝土搅拌机以及多台试件成型模具；步骤2：按照试件设计强度，向混凝土搅拌机内加入相应规格的混凝土原料，由混凝土搅拌机对混凝土原料进行均混搅拌，直至混凝土达到浇筑标准；步骤3：将搅拌好的混凝土倒入试件成型模具中，在全部试件成型模具的中心处均事先放置有一根型芯，型芯为圆截面直杆，在型芯的表面缠绕有PVC薄膜或脱黏薄膜；步骤4：当试件成型模具中...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐帅，张豪，杨正明，纪旭波，郭玟志，冯夏庭，王瑞强，汪昕，蔡明，刘伟，李志军，张理蒙，陈桥，熊国庆，
申请(专利权)人：中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：