本發(fā)明涉及地下工程支護材料試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能測試的裝置及方法。

背景技術(shù)：

預(yù)應(yīng)力錨桿(索)可充分調(diào)動軟弱圍巖自承能力，有效控制圍巖變形破壞，是我國礦山巷道支護工程領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的一種支護技術(shù)。然而，在較軟弱地層巷道施工中，錨桿(索)支護構(gòu)件普遍存在著“可錨性較差”等問題，具體表現(xiàn)為難以找到穩(wěn)定的錨固巖層，使錨桿(索)安裝后受力普遍較小或出現(xiàn)受力下降現(xiàn)象，造成錨桿(索)桿體支護潛力難以充分發(fā)揮。眾所周知，當(dāng)現(xiàn)場錨固支護施工完畢后，以單根錨桿為例，所構(gòu)成的錨固控制體系由錨桿(索)桿體、錨固劑與軟弱圍巖的三種介質(zhì)共同組成，包含錨桿(索)-錨固劑與錨固劑-圍巖兩個界面。與硬巖巷道錨固支護技術(shù)相比，軟弱地層錨固劑-圍巖界面粘結(jié)性能較差，才是造成軟弱圍巖可錨性較差的關(guān)鍵因素，尤其當(dāng)處于富水地層時，圍巖易遇水軟化，該界面粘結(jié)承載性能將進一步劣化。因此，在軟弱地層中錨固劑-圍巖界面是整個錨固支護體系的一個薄弱環(huán)節(jié)，也是軟弱地層巷道錨固支護設(shè)計應(yīng)重點考慮的一種工況。

然而，已有相關(guān)錨固試驗研究成果中，大部分學(xué)者主要圍繞錨桿(索)桿體或錨桿(索)-錨固劑界面開展研究，較少涉及錨固劑-圍巖界面，而且當(dāng)考慮地下水或圍巖應(yīng)力影響時，相關(guān)成果幾為空白，目前尚沒有一種科學(xué)合理的試驗系統(tǒng)能夠有效測試此類工況下錨固界面粘結(jié)性能。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對于富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能的測試問題，尚缺乏有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能測試的裝置及方法，可實現(xiàn)不同地下水賦存環(huán)境、圍巖應(yīng)力狀態(tài)及加卸載方式等因素影響下，富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能的有效測試。

進一步的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

用于富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能測試的裝置，包括夾持拉拔裝置和對應(yīng)設(shè)置于其下部的環(huán)向反力裝置，所述環(huán)向反力裝置包括底部基座，所述底部基座上固定設(shè)置約束套筒，約束套筒內(nèi)設(shè)有筒狀加載氣囊，筒狀加載氣囊內(nèi)圈設(shè)有可縮式約束箍套，可縮式約束箍套內(nèi)圈具有容納錨固圍巖模型的容置空間，所述約束套筒與水源連通，以使錨固圍巖模型處于富水環(huán)境；

所述底部基座與豎向支柱底部固定連接，豎向支柱上部與可移動反力頂板連接，可移動反力頂板可沿豎向支柱上下移動設(shè)置，可移動反力頂板中部與夾持拉拔裝置固定連接。

進一步的，所述可縮式約束箍套包括弧形加載傳力板，弧形加載傳力板上下兩端均設(shè)有弧形套管組件，弧形套管組件包括圍成圓形的多個弧形套管，弧形套管內(nèi)設(shè)置弧形彈簧，弧形彈簧之間通過弧形連桿連接。

進一步的，所述弧形加載傳力板為豎向設(shè)置的圓筒狀結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述弧形加載傳力板內(nèi)表面黏貼有柔性傳力橡膠，弧形加載傳力板外表面與筒狀加載氣囊連接。

進一步的，所述筒狀加載氣囊通過氣管與高壓氣泵連通，高壓氣泵與控制器連接，筒狀加載氣囊內(nèi)表面設(shè)置氣壓傳感器，氣壓傳感器與控制器連接。

進一步的，所述約束套筒通過水管與水泵連接，水泵與控制器連接，約束套筒內(nèi)表面設(shè)置水壓傳感器，水壓傳感器與控制器連接。

進一步的，所述底部基座為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，底部基座中部與環(huán)形肋蓋固定連接，環(huán)形肋蓋中部設(shè)置可拆除的底部中心蓋。

進一步的，所述約束套筒頂部設(shè)置環(huán)形封板，環(huán)形封板中部與環(huán)形頂蓋固定連接，環(huán)形頂蓋中部設(shè)置可拆除的頂部中心蓋。

進一步的，所述約束套筒內(nèi)可拆卸設(shè)有用以形成錨固圍巖模型的錐形套筒模具，錐形套筒模具底部內(nèi)圈帶有階梯狀缺口，環(huán)形肋蓋外周上表面設(shè)置凸起圓肋，階梯狀缺口和凸起圓肋相卡合。

進一步的，所述錐形套筒模具由兩個半錐形筒結(jié)構(gòu)構(gòu)成，錐形套筒模具外側(cè)設(shè)置圓套將兩個半錐形筒結(jié)構(gòu)套箍；錐形套筒模具內(nèi)表面為圓柱面，外表面為錐形斜面。

進一步的，所述錨固圍巖模型中部鉆設(shè)通孔，通孔內(nèi)設(shè)置錨桿或錨索桿體，錨桿或錨索桿體和錨固圍巖模型之間填充有錨固劑，錨桿或錨索桿體頂部與夾持拉拔裝置連接。

進一步的，所述夾持拉拔裝置包括中空自動夾持油缸，中空自動夾持油缸包括中空缸筒，中空缸筒內(nèi)設(shè)置中空活塞筒，中空活塞筒頂部延伸至中空缸筒外側(cè)與推力圓盤連接。

進一步的，所述中空缸筒通過油管與伺服液壓油箱連通，伺服液壓油箱與控制器連接，中空缸筒內(nèi)設(shè)置油壓傳感器，油壓傳感器與控制器連接。

進一步的，所述推力圓盤中部具有錐形圓槽，錐形圓槽內(nèi)設(shè)置自動夾持裝置；中空缸筒頂部中部固定有中空h管，中空h管配合設(shè)置于自動夾持裝置下部，錨桿或錨索桿體上端穿過中空h管且頂部由自動夾持裝置夾持。

進一步的，所述自動夾持裝置包括設(shè)置于錐形圓槽底部的異形夾塊，異形夾塊頂部設(shè)有臺階，異形夾塊上部配合于臺階處設(shè)有錐形彈簧，錐形彈簧頂部設(shè)有環(huán)形槽蓋，環(huán)形槽蓋固定于錐形圓槽頂部，環(huán)形槽蓋中部設(shè)置中空錐形圓套。

進一步的，所述異形夾塊至少包括兩塊外表面為錐形的夾塊體；中空錐形圓套外表面為錐形圓面，其錐形圓面與錐形圓槽的內(nèi)表面傾斜度相同，形成錐形通道；異形夾塊可在錐形通道內(nèi)上下移動。當(dāng)推力圓盤與中空缸筒之間閉合時，異形夾塊可由中空h管頂端頂住上移壓縮錐形彈簧，并保持張開，錨桿或錨索桿體可自由穿過，而當(dāng)推力圓盤與中空缸筒分離后，異形夾塊在錐形彈簧作用下下移，并趨于閉合，實現(xiàn)對錨桿或錨索桿體的自動夾持。

用于富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能測試的裝置的試驗方法，包括以下步驟：

步驟1：利用錐形套筒模具在約束套筒內(nèi)制作錨固圍巖模型；

步驟2：采用階梯式分級加載的方式對錨固圍巖模型進行圍巖應(yīng)力加載模擬；

步驟3：在錨固圍巖模型中部鉆孔，通過錨固劑安設(shè)錨桿或錨索桿體；

步驟4：向約束套筒內(nèi)供水，浸泡錨固圍巖模型；

步驟5：采用階梯式分級加載或循環(huán)加卸載方式拉拔錨桿或錨索桿體，記錄試驗數(shù)據(jù)；

步驟6：待錨桿或錨索桿體由錨固圍巖模型拔出，試驗結(jié)束，移走錨固圍巖模型。

步驟1的具體步驟：

1-1上移可移動反力頂板及中空自動夾持油缸，并將可移動反力頂板與豎向支柱進行固定；

1-2移去環(huán)形封板、環(huán)形頂蓋及頂部中心蓋，對筒狀加載氣囊進行卸載，使可縮式約束箍套張開，為安裝錐形套筒模具提供足夠空間；

1-3沿底部基座環(huán)形肋蓋上表面凸起圓肋，安裝錐形套筒模具，并在錐形套筒模具外表面采用圓套進行套箍約束；

1-4在錐形套筒模具內(nèi)表面均勻涂抹一層潤滑劑(可為凡士林油膏)，并采用事先配制好的圍巖模擬材料，通過澆筑或逐層夯實的方式，制作圓柱形圍巖模型；

1-5待模型制作完畢，養(yǎng)護風(fēng)干完成后，移走錐形套筒模具，并封閉好環(huán)向反力裝置環(huán)形封板、環(huán)形頂蓋及頂部中心蓋等構(gòu)件。

步驟2的具體步驟：

2-1對筒狀加載氣囊進行充氣，當(dāng)薄層柔性橡膠與模型表面接觸壓力達到設(shè)計圍巖應(yīng)力值的3％時，停止加載，使圍巖模型與加載裝置均勻接觸；

2-2采用階梯式分級加載方式，對筒狀加載氣囊進行充氣加載，每級荷載控制在5kn～20kn之間，待每級荷載穩(wěn)定3min后，方可進行下一級荷載的加載，直至圍巖應(yīng)力達到設(shè)計值時，停止加載。

步驟3的具體步驟：

3-1拆去環(huán)向反力裝置的頂部中心蓋與底部中心蓋；

3-2沿移去頂部中心蓋與底部中心蓋位置，利用鉆機對圓柱形圍巖模型進行鉆孔；

3-3模型鉆孔完成后，安裝底部中心蓋，并利用錨固劑進行錨桿(索)固定安裝。

步驟4的具體步驟：

4-1根據(jù)錨固圍巖模型的浸水水壓及時間要求，利用水泵對環(huán)向反力裝置內(nèi)部進行循環(huán)水浸泡；

4-2待錨固圍巖模型浸水水壓及時間達到設(shè)計要求后，關(guān)閉水泵進水管與出水管。

步驟5的具體步驟：

5-1下移可移動反力頂板及中空自動夾持油缸，使錨桿(索)桿體外露部分頂端伸入中空自動夾持油缸的自動夾持裝置內(nèi)部；

5-2利用進油管對中空自動夾持油缸進行充油，使推力圓盤上移，實現(xiàn)異形夾塊對錨桿(索)桿體的自動夾持；

5-3對中空自動夾持油缸繼續(xù)進行充油加載，待錨桿(索)桿體拉力值達到設(shè)計拉力值的3％時，停止加載；

5-4采用階梯式分級加載或循環(huán)加卸載的方式，對錨桿(索)進行拉拔，每級荷載控制在5kn～20kn之間，待每級荷載穩(wěn)定3min后，方可進行下一級荷載的加載；

5-5記錄拉拔測試過程中的試驗數(shù)據(jù)。

步驟6的具體步驟：

6-1當(dāng)錨桿(索)桿體試件從圍巖模型中拔出時，標(biāo)志著試驗結(jié)束，此時可停止加載；

6-2上移可移動反力頂板及中空自動夾持油缸，留出下部足夠空間，以防止中空自動夾持油缸回油、推力圓盤下移時，被拔出錨固試件底端觸碰環(huán)向反力裝置頂端；

6-3對中空自動夾持油缸進行回油，推力圓盤與中空缸筒之間閉合，異形夾塊被自動張開；

6-4對筒狀加載氣囊進行出氣，使可縮式約束箍套張開；

6-5移走錨固圍巖模型試件，可進行下一個試驗循環(huán)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明考慮了圍巖應(yīng)力影響，采用筒狀加載氣囊、可縮式約束箍套、柔性傳力橡膠等構(gòu)件，可有效模擬軟弱圍巖錨固體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力作用，使傳統(tǒng)錨固體模型拉拔試驗更符合現(xiàn)場實際。

2)本發(fā)明考慮了地下水影響，通過采用水泵及水管等構(gòu)件實現(xiàn)進、出水，使富水條件下軟弱圍巖錨固體賦存環(huán)境模擬更真實，填補現(xiàn)有試驗研究成果中的不足。

3)本發(fā)明采用可縮式約束箍套，可有效保證圓柱形錨固體模型，在加載過程中橫斷面始終保持圓形，實現(xiàn)軸對稱圍巖應(yīng)力加載；有效避免受加工制作精度影響使模型出現(xiàn)斷面非真正圓形、或沿環(huán)向存在加工缺陷、或模型加載變形開裂等問題時，產(chǎn)生徑向加載不均勻現(xiàn)象，使錨固體試件產(chǎn)生非對稱變形破壞，從而影響試驗精度。

4)本發(fā)明的可縮式約束箍套通過配合使用筒狀加載氣囊、柔性傳力橡膠，使加載裝置在對錨固體試件傳力時，使作用在圓柱形錨固體模型表面徑向加載壓力分布更為均勻，避免傳統(tǒng)傳力板剛性加載造成模型表面受力不均勻現(xiàn)象，提高試驗加載精度。

5)本發(fā)明的可縮式約束箍套通過利用端部弧形套管、弧形彈簧、弧形連桿、弧形加載傳力板等構(gòu)件，可實現(xiàn)徑向自由伸縮，可用于滿足不同直徑圍巖錨固體模型的加載。

6)本發(fā)明采用中空自動夾持油缸，并配合豎向支柱、可移動反力頂板等構(gòu)件，可自動實現(xiàn)對不同長度錨固體的自動夾持與松開，拆卸方便便于操作。

7)本發(fā)明通過利用控制器，并配合伺服液壓油箱、水泵、高壓氣泵及測試傳感器，可有效模擬不同地下水水壓及浸水時間、不同加載方式(循環(huán)加卸載、階梯加載、恒定荷載)、不同圍巖應(yīng)力水平等工況，整套試驗裝置可實現(xiàn)自動控制且功能高效。

8)本發(fā)明通過將錐形套筒模具直接安裝于底部基座環(huán)形肋蓋上表面，可實現(xiàn)圍巖模型的原位加工制作，無需模型的搬運，尤其對于較軟弱圍巖模型，可有效避免模型搬運過程產(chǎn)生開裂或損壞等現(xiàn)象。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明實施例待測錨桿錨固體模型安裝完畢時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例待測錨桿錨固體模型安裝前的主體試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例待測錨桿錨固體模型制作時的主體試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例的中空自動夾持油缸中心剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例的異形夾塊中心斷面圖；

圖6為本發(fā)明實施例的異形夾塊頂部俯視圖；

圖7為本發(fā)明實施例的中空錐形圓套中心剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例的中空錐形圓套頂部俯視圖；

圖9為本發(fā)明實施例的中空h管中心剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實施例的錐形套筒模具中心剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明實施例的可縮式約束箍套端部弧形套管與弧形連桿連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為圖1中a-a剖視圖；

圖13為圖1中b-b剖視圖；

圖14為圖1中c-c剖視圖；

圖中，1—底部基座；2—環(huán)形肋蓋；3—底部中心蓋；4—豎向支柱；5—可移動反力頂板；6—中空自動夾持油缸；7—約束套筒；8—環(huán)形封板；9—環(huán)形頂蓋；10—頂部中心蓋；11—筒狀加載氣囊；12—可縮式約束箍套；13—柔性傳力橡膠；14—伺服液壓油箱；15—高壓氣泵；16—水泵；17—水箱；18—智能控制主機；19—油管；20—氣管；21—水管；22—錐形套筒模具；23—錨桿；24—錨固劑；25—圍巖模型；26—特制圓套；27—中空活塞筒；28—中空缸筒；29—推力圓盤；30—異形夾塊；31—高強錐形彈簧；32—中空錐形圓套；33—環(huán)形槽蓋；34—中空h管；35—弧形套管；36—弧形彈簧；37—弧形連桿；38—弧形加載傳力板。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在常規(guī)錨固試驗裝置難以模擬富水環(huán)境及圍巖應(yīng)力影響、無法有效測試富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N用于富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能測試的裝置及方法，試驗對象可以是常規(guī)粘結(jié)型錨桿(索)錨固模型，也可以是機械錨固型錨桿(索)模型或其他錨固方式模型，具體主體試驗裝置各構(gòu)件尺寸、加載控制系統(tǒng)各構(gòu)件力學(xué)性能參數(shù)及操作流程，可根據(jù)具體試驗錨固體模型尺寸及試驗要求進行相應(yīng)調(diào)整。

以室內(nèi)圓柱形錨桿錨固體模型拉拔試驗為例，下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1-14所示，提供了一種用于富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能測試的裝置，包括底部基座1、環(huán)形肋蓋2、底部中心蓋3、豎向支柱4、可移動反力頂板5、中空自動夾持油缸6、約束套筒7、環(huán)形封板8、環(huán)形頂蓋9、頂部中心蓋10、筒狀加載氣囊11、可縮式約束箍套12、柔性傳力橡膠13、伺服液壓油箱14、高壓氣泵15、水泵16、水箱17、智能控制主機18(即為控制器)、油管19、氣管20、水管21、錐形套筒模具22、錨桿23、錨固劑24與圍巖模型25等部分組成。錨桿23、錨固劑24與圍巖模型25組成試驗裝置中的錨固圍巖模型。

底部基座1、環(huán)形肋蓋2、底部中心蓋3、豎向支柱4、可移動反力頂板5、中空自動夾持油缸6、約束套筒7、環(huán)形封板8、環(huán)形頂蓋9、頂部中心蓋10、筒狀加載氣囊11、可縮式約束箍套12、柔性傳力橡膠13組成了本發(fā)明自動多功能型試驗裝置的主體試驗裝置部分。

底部基座1為圓環(huán)形，沿外環(huán)周圈底面均勻間隔設(shè)有若干個固定支撐，供試驗裝置支撐于地表或其他試驗臺表面。底部基座1外環(huán)周圈位置沿環(huán)向均勻設(shè)置一系列圓孔，供豎向支柱4與約束套筒7通過螺栓(母)進行固定，底部基座1內(nèi)環(huán)內(nèi)側(cè)通過螺紋連接安裝有環(huán)形肋蓋2，環(huán)形肋蓋2上表面沿環(huán)向外邊緣處設(shè)有凸起圓肋，供待測錨固體模型及錐形套筒模具22固定，環(huán)形肋蓋2內(nèi)環(huán)內(nèi)側(cè)通過螺紋連接安裝有底部中心蓋3，底部中心蓋3尺寸與待測圍巖模型25鉆孔尺寸一致。

豎向支柱4共4根，沿長度方向通長設(shè)置螺紋，豎向支柱4底端穿過底部基座1，通過高強螺母進行固定。所述的可移動反力頂板5為圓環(huán)狀，外徑與底部基座1直徑一致，內(nèi)徑與中空自動夾持油缸6外徑一致，可移動反力頂板5內(nèi)環(huán)周圈位置沿環(huán)向均勻設(shè)置一系列圓孔，外環(huán)周圈位置沿環(huán)向均勻設(shè)置4個圓孔，外環(huán)周圈位置圓孔直徑與豎向支柱4外徑一致，可移動反力頂板5通過高強螺母固定于豎向支柱4的頂部，通過旋轉(zhuǎn)螺母可調(diào)整其在豎向支柱4的位置。

中空自動夾持油缸6為中空圓筒狀，由中空活塞筒27、中空缸筒28、推力圓盤29等構(gòu)件組成。所述的中空活塞筒27底部嵌于中空缸筒28內(nèi)部，頂部與推力圓盤29相連。所述的中空缸筒28頂部設(shè)有水平外伸翼緣，并在外伸翼緣部分沿環(huán)向設(shè)有一系列圓形開孔，開孔位置、尺寸與可移動反力頂板5內(nèi)環(huán)周圈位置圓孔一致，中空自動夾持油缸6通過螺栓固定在可移動反力頂板5中心位置。所述的推力圓盤29中心位置設(shè)有錐形圓槽，錐形圓槽內(nèi)部安裝有自動夾持裝置，包括異形夾塊30、高強錐形彈簧31、中空錐形圓套32、環(huán)形槽蓋33，可實現(xiàn)對待測錨桿(索)桿體的自動夾持與松開。所述的異形夾塊30共包括2塊，安裝于錐形圓槽底部，所述的高強錐形彈簧31安裝于異形夾塊30頂部臺階處，高強錐形彈簧31頂部為環(huán)形槽蓋33，所述的環(huán)形槽蓋33通過螺紋固定在錐形圓槽頂部，所述的中空錐形圓套32通過螺紋固定在環(huán)形槽蓋33內(nèi)環(huán)表面，中空錐形圓套32外表面、錐形圓槽內(nèi)表面錐形圓面傾斜角度一致，共同形成了錐形通道，可使異形夾塊30沿錐形通道上下自由移動。所述的推力圓盤29下部中心位置，安裝有中空h管34，中空h管34通過螺紋固定在中空缸筒28頂部中心位置。所述的中空自動夾持油缸6通過油管19與伺服液壓油泵相連，當(dāng)中空自動夾持油缸6出油時，推力圓盤29下移，可使中空h管34頂端頂住異形夾塊30，使異形夾塊30沿錐形通道上移壓縮高強錐形彈簧31，并保持自動張開，錨桿23可自由穿過，而當(dāng)油缸進油時，推力圓盤29上移，中空h管34頂端與異形夾塊30分開，異形夾塊30在高強錐形彈簧31作用下下移，可實現(xiàn)對錨桿23的自動夾持。

約束套筒7為圓筒狀，底部與頂部分別設(shè)置有外伸翼緣，底部外伸翼緣與底部基座1之間、頂部外伸翼緣與環(huán)形封板8之間分別通過螺栓進行連接。所述的環(huán)形封板8內(nèi)環(huán)內(nèi)側(cè)通過螺紋連接安裝有環(huán)形頂蓋9，環(huán)形頂蓋9內(nèi)環(huán)內(nèi)側(cè)通過螺紋連接安裝有頂部中心蓋10，頂部中心蓋10尺寸與待測圍巖模型25鉆孔尺寸一致。所述的底部基座1、環(huán)形肋蓋2、底部中心蓋3、約束套筒7、環(huán)形封板8、環(huán)形頂蓋9、頂部中心蓋10共同構(gòu)成了環(huán)向反力裝置。所述的水泵16置于水箱17內(nèi)部，通過水管21與環(huán)向反力裝置內(nèi)部相連，環(huán)向反力裝置及內(nèi)部各部分構(gòu)件之間接觸界面均設(shè)置有密封圈，以防止環(huán)向反力裝置內(nèi)部充水、排水時產(chǎn)生水外漏現(xiàn)象。

筒狀加載氣囊11安裝于約束套筒7內(nèi)部，采用高強纖維織布與高分子聚合物的涂覆復(fù)合物進行制作，為環(huán)狀筒結(jié)構(gòu)，所述的氣管20一端與筒狀加載氣囊11相連，另一端與高壓氣泵15相連，包括進氣管與出氣管，通過利用氣管20進氣、出氣，可實現(xiàn)氣囊加載、卸載。所述的可縮式約束箍套12黏貼于筒狀加載氣囊11內(nèi)環(huán)表面，由端部弧形套管35、弧形彈簧36、弧形連桿37、弧形加載傳力板38組成，為圓筒狀結(jié)構(gòu)。所述的弧形套管35安裝于弧形加載傳力板38的上、下兩端部，所述的弧形彈簧36安裝于端部弧形套管35內(nèi)，所述的弧形連桿37端頭內(nèi)置于弧形套管35內(nèi)部，并與弧形彈簧36端部相連。所述的柔性傳力橡膠13黏貼于弧形傳力板內(nèi)表面，尺寸大小與弧形傳力板一致，柔性傳力橡膠13外表面直接作用于錨固模型試件表面。在筒狀加載氣囊11加載約束作用下，弧形連桿37端頭可壓縮弧形彈簧36，實現(xiàn)可縮式約束箍套12內(nèi)縮，并保證收縮過程中橫斷面可始終保持圓形。當(dāng)可縮式約束箍套12處于松弛狀態(tài)時，其外徑與筒狀加載氣囊11內(nèi)環(huán)直徑一致。筒狀加載氣囊、可縮式約束箍套與柔性傳力橡膠，可實現(xiàn)不同直徑圓柱形錨固體模型表面徑向均布圍巖應(yīng)力的有效模擬。

智能控制主機18與伺服液壓油箱14、水泵16、高壓氣泵15相連，并通過利用安裝于環(huán)向反力裝置內(nèi)表面水壓傳感器、安裝于筒狀加載氣囊11內(nèi)表面的氣壓傳感器、安裝于中空自動夾持油缸6的油壓傳感器等監(jiān)測元件，可實現(xiàn)加載油壓、氣壓及水壓的定量輸出，滿足不同地下水水壓及浸水時間、不同加載方式(循環(huán)加卸載、階梯加載、恒定荷載)、不同圍巖應(yīng)力水平等因素影響下，富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能的有效測試。

錐形套筒模具22沿豎向中心斷面被切割成兩部分，兩部分對接后外表面為錐形斜面，內(nèi)表面為圓柱面，外表面采用特制圓套26進行套箍約束，內(nèi)表面底部環(huán)向周圈設(shè)有階梯狀缺口，缺口尺寸大小與底部基座1凸起圓肋尺寸一致。所述的特制圓套26外表面為圓柱面，內(nèi)表面為錐形斜面，錐形斜面傾斜角度與錐形套筒模具22外表面保持一致。試驗前可將錐形套筒模具22安裝于底部基座1環(huán)形肋蓋2上表面，用于制作待測錨固圍巖模型25。

本申請的另一種典型的實施方式中，提供了一種用于富水軟弱地層錨固體界面粘結(jié)性能測試的裝置的試驗方法，包括以下步驟：

步驟1：利用錐形套筒模具在約束套筒內(nèi)制作錨固圍巖模型；

步驟2：采用階梯式分級加載的方式對錨固圍巖模型進行圍巖應(yīng)力加載模擬；

步驟3：在錨固圍巖模型中部鉆孔，通過錨固劑安設(shè)錨桿或錨索桿體；

步驟4：向約束套筒內(nèi)供水，浸泡錨固圍巖模型；

步驟5：采用階梯式分級加載或循環(huán)加卸載方式拉拔錨桿或錨索桿體，記錄試驗數(shù)據(jù)；

步驟6：待錨桿或錨索桿體由錨固圍巖模型拔出，試驗結(jié)束，移走錨固圍巖模型。

為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚地了解本申請的技術(shù)方案，以下將結(jié)合具體的實施例詳細說明本申請的技術(shù)方案。

采用本發(fā)明的試驗裝置的具體試驗方法為：

步驟1：軟弱圍巖模型25制作

1-1上移可移動反力頂板5及中空自動夾持油缸6，并利用高強螺母在豎向支柱4進行固定；

1-2移去環(huán)形封板8、環(huán)形頂蓋9及頂部中心蓋10，對筒狀加載氣囊11進行卸載，使可縮式約束箍套12張開，為安裝錐形套筒模具22提供足夠空間；

1-3沿底部基座1環(huán)形肋蓋2上表面凸起圓肋，安裝錐形套筒模具22，并在錐形套筒模具22外表面采用特制圓套26進行套箍約束；

1-4在錐形套筒模具22內(nèi)表面均勻涂抹一層凡士林油膏，并采用事先配制好的圍巖模擬材料，通過澆筑或逐層夯實的方式，制作圓柱形圍巖模型25；

1-5待模型制作完畢，養(yǎng)護風(fēng)干完成后，移走錐形套筒模具22，并封閉好環(huán)向反力裝置環(huán)形封板8、環(huán)形頂蓋9及頂部中心蓋10等構(gòu)件。

步驟2：模型圍巖應(yīng)力加載

2-1對筒狀加載氣囊11進行充氣，當(dāng)薄層柔性橡膠與模型表面接觸壓力達到設(shè)計圍巖應(yīng)力值的3％時，停止加載，使圍巖模型25與加載裝置均勻接觸；

2-2采用階梯式分級加載的方式，對筒狀加載氣囊11進行充氣加載，每級荷載控制在5kn～20kn之間，待每級荷載穩(wěn)定3min后，方可進行下一級荷載的加載，直至圍巖應(yīng)力達到設(shè)計值時，停止加載。

步驟3：圍巖模型25鉆孔及錨桿23安裝

3-1拆去環(huán)向反力裝置的頂部中心蓋10與底部中心蓋3；

3-2沿移去頂部中心蓋10與底部中心蓋3位置，利用鉆機對圓柱形圍巖模型25進行鉆孔；

3-3模型鉆孔完成后，安裝底部中心蓋3，并利用水泥砂漿錨固劑24或樹脂錨固劑24進行錨桿23固定安裝。

步驟4：錨固模型富水環(huán)境模擬

4-1根據(jù)錨固體模型的浸水水壓及時間要求，利用水泵16對環(huán)向反力裝置內(nèi)部進行循環(huán)水浸泡；

4-2待錨固體模型浸水水壓及時間達到設(shè)計要求后，關(guān)閉水泵16進水管21與出水管21。

步驟5：錨固模型拉拔測試

5-1下移可移動反力頂板5及中空自動夾持油缸6，使錨桿23桿體外露部分頂端伸入中空自動夾持油缸6的自動夾持裝置內(nèi)部；

5-2利用進油管19對中空自動夾持油缸6進行充油，使推力圓盤29上移，實現(xiàn)異形夾塊30對錨桿23桿體的自動夾持；

5-3對中空自動夾持油缸6繼續(xù)進行充油加載，待錨桿23桿體拉力值達到設(shè)計拉力值的3％時，停止加載；

5-4采用階梯式分級加載的方式，對錨桿23進行拉拔，每級荷載控制在5kn～20kn之間，待每級荷載穩(wěn)定3min后，方可進行下一級荷載的加載；

5-5記錄拉拔測試過程中的試驗數(shù)據(jù)。

步驟6：測試結(jié)束

6-1當(dāng)錨桿23桿體試件從圍巖模型25中拔出時，標(biāo)志著試驗結(jié)束，此時可停止加載；

6-2上移可移動反力頂板5及中空自動夾持油缸6，留出下部足夠空間，以防止中空自動夾持油缸6回油、推力圓盤29下移時，被拔出錨固試件底端觸碰環(huán)向反力裝置頂端；

6-3對中空自動夾持油缸6進行回油，推力圓盤29與中空缸套之間閉合，異形夾塊30被自動張開；

6-4對筒狀加載氣囊11進行出氣，使可縮式約束箍套12張開；

6-5移走錨桿23及圍巖模型25試件，可進行下一個試驗循環(huán)。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。