錨桿室內(nèi)拉伸—剪切試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種錨桿室內(nèi)拉伸—剪切試驗(yàn)裝置，屬巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】。試驗(yàn)裝置由反力框架、水平加載系統(tǒng)、下剪切盒、豎向加載系統(tǒng)、水平導(dǎo)軌系統(tǒng)、上剪切盒、限位裝置組成。水平導(dǎo)軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了上剪切盒沿水平加載方向的剪切移動，并能有效降低剪切過程中的摩擦阻力。豎向加載系統(tǒng)中的第一豎向加載千斤頂和第二豎向加載千斤頂連接同一液壓控制系統(tǒng)，保證了測試錨桿在豎向加載過程中始終受到豎直向上的軸向拉伸力。本試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)錨桿在不同軸向拉拔力作用下的剪切破壞試驗(yàn)，克服了傳統(tǒng)錨桿室內(nèi)試驗(yàn)裝置只能進(jìn)行純拉伸測試的缺陷，對于獲取錨桿的拉伸—剪切破壞試驗(yàn)數(shù)據(jù)、認(rèn)識錨桿在拉伸與剪切綜合作用下的破壞機(jī)制具有重要意義。
【專利說明】錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置，屬巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】，該裝置主要用于錨桿拉伸與剪切組合作用下破壞行為的室內(nèi)試驗(yàn)研究中。
【背景技術(shù)】
[0002]錨桿支護(hù)是隧道、邊坡等地面工程及采場、巷道等地下工程中常用的一種經(jīng)濟(jì)、高效的圍巖加固方式。錨桿對圍巖的加固作用主要體現(xiàn)在錨桿兩大方面的力學(xué)行為:(1)軸向錨固作用:巖體開挖卸荷后，圍巖向開挖空間內(nèi)變形，錨桿由于阻礙圍巖變形而產(chǎn)生軸向錨固力，由于錨桿具有較好的抗拉拔能力，因而對圍巖形成較高的支護(hù)圍壓，從而有效抑制圍巖的變形；(2)切向抗剪作用:由于開挖卸荷，圍巖內(nèi)原生的軟弱結(jié)構(gòu)面、節(jié)理、裂隙以及新生的裂隙面等發(fā)生剪切錯動位移，進(jìn)而導(dǎo)致錨桿承受一定的剪切力作用。目前，現(xiàn)行的錨桿支護(hù)安全設(shè)計(jì)只考慮了錨桿的軸向錨固作用，即錨桿的抗拉強(qiáng)度能否滿足工程設(shè)計(jì)要求，然而，工程現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)表明，在大埋深、高地應(yīng)力作用的條件下，深部圍巖錨桿的破壞往往是在拉伸與剪切綜合作用下導(dǎo)致的，而并非單純的拉伸斷裂破壞。錨桿的拉伸一剪切受力破壞過程可概括描述如下:錨桿安裝完畢后，由于圍巖向開挖空間內(nèi)變形導(dǎo)致錨桿受到較大的軸向拉伸力的作用，同時(shí)軟弱結(jié)構(gòu)面、節(jié)理、裂隙等發(fā)生剪切位移，使得錨桿受到剪切力作用，當(dāng)錨桿所承受的軸向拉伸力與剪切力滿足一定條件時(shí)發(fā)生屈服，進(jìn)而形成斷裂破壞。目前，國內(nèi)外學(xué)者對錨桿在純拉伸作用下破壞機(jī)制的研究較多，而對錨桿在拉伸與剪切綜合作用的破壞行為研究極少，主要原因是缺少能夠滿足要求的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，即能夠合理模擬錨桿拉伸一剪切受力破壞過程、能夠同時(shí)提供拉伸與剪切作用力的試驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述存在問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置，所述的試驗(yàn)裝置由反力框架、水平加載系統(tǒng)、下剪切盒、豎向加載系統(tǒng)、水平導(dǎo)軌系統(tǒng)、上剪切盒、限位裝置組成，反力框架呈敞口狀，水平加載系統(tǒng)由水平加載千斤頂、水平荷載傳感器、水平位移傳感器組成，水平加載千斤頂固定安裝在反力框架內(nèi)側(cè)壁上，限位裝置固定安裝在反力框架另一內(nèi)側(cè)壁上，限位裝置與水平加載千斤頂中心軸線平行，且在同一豎直平面內(nèi)，下剪切盒固定安裝在反力框架內(nèi)部底面上，下剪切盒試樣安裝室的底面上對稱開有四個下剪切試樣固定螺孔，豎向加載系統(tǒng)由第一豎向加載千斤頂、第二豎向加載千斤頂、第一豎向荷載傳感器、第二豎向荷載傳感器、第一豎向位移傳感器、第二豎向位移傳感器組成，第一豎向加載千斤頂和第二豎向加載千斤頂對稱固定安裝在下剪切盒兩側(cè)，且位于下剪切盒中心線上，第一豎向加載千斤頂和第二豎向加載千斤頂中心軸線所組成的平面垂直于水平加載千斤頂和限位裝置中心軸線所組成的平面，水平導(dǎo)軌系統(tǒng)由升降床、第一滾排、第二滾排組成，升降床活動套裝在下剪切盒外壁面上，升降床兩翼上對稱開有第一滾排凹槽、第二滾排凹槽，第一滾排、第二滾排分別置于第一滾排凹槽和第二滾排凹槽內(nèi)，上剪切盒活動置于第一滾排和第二滾排上。
[0005]所述的第一豎向加載千斤頂和第二豎向加載千斤頂連接同一液壓控制系統(tǒng)。
[0006]所述的上剪切盒呈敞口狀，底部開有矩形通孔，矩形通孔的長度和寬度分別與下剪切盒試樣安裝室的長度和寬度一致。
[0007]由于采用了以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置，可實(shí)現(xiàn)錨桿在不同軸向拉拔力作用下的剪切破壞試驗(yàn)，克服了傳統(tǒng)錨桿室內(nèi)試驗(yàn)裝置只能進(jìn)行純拉伸測試的缺陷。本實(shí)用新型錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置，水平導(dǎo)軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了上剪切盒沿水平加載方向的剪切移動，并能有效降低上剪切盒水平移動過程中的摩擦阻力；上剪切盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)豎向加載系統(tǒng)對上剪切盒及上剪切試樣的豎向加載，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對測試錨桿的軸向拉伸作用；豎向加載系統(tǒng)中的第一豎向加載千斤頂和第二豎向加載千斤頂連接同一液壓控制系統(tǒng)，使得第一豎向加載千斤頂和第二豎向加載千斤頂在加載上升過程中位移保持同步，進(jìn)而保證了測試錨桿在整個豎向加載過程中始終受到豎直向上的拉拔力。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、操作簡便，利用本試驗(yàn)裝置能夠合理模擬實(shí)際工程現(xiàn)場中錨桿的拉伸一剪切破壞過程，對于獲取錨桿的拉伸一剪切破壞試驗(yàn)數(shù)據(jù)、認(rèn)識錨桿在拉伸與剪切綜合作用下的破壞機(jī)制及錨桿支護(hù)工程的安全設(shè)計(jì)具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是圖1的A-A剖視圖。
[0010]圖3是本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置的使用狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0012]見附圖。
[0013]錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)裝置由反力框架1、水平加載系統(tǒng)、下剪切盒
2、豎向加載系統(tǒng)、水平導(dǎo)軌系統(tǒng)、上剪切盒5、限位裝置18組成，反力框架I呈敞口狀，水平加載系統(tǒng)由水平加載千斤頂11、水平荷載傳感器12、水平位移傳感器13組成，水平加載千斤頂11固定安裝在反力框架I內(nèi)側(cè)壁上，限位裝置18固定安裝在反力框架I另一內(nèi)側(cè)壁上，限位裝置18與水平加載千斤頂11中心軸線平行，且在同一豎直平面內(nèi)，下剪切盒2固定安裝在反力框架I內(nèi)部底面上，下剪切盒2試樣安裝室的底面上對稱開有四個下剪切試樣固定螺孔19,下剪切試樣固定螺孔19的深度為25mm至45mm之間，下剪切試樣固定螺孔19直徑為IOmm左右，下剪切試樣固定螺孔19和固定螺桿21配合使用，可將下剪切試樣20固定在下剪切盒2內(nèi)，豎向加載系統(tǒng)由第一豎向加載千斤頂3、第二豎向加載千斤頂4、第一豎向荷載傳感器14、第二豎向荷載傳感器16、第一豎向位移傳感器15、第二豎向位移傳感器17組成，第一豎向加載千斤頂3和第二豎向加載千斤頂4對稱固定安裝在下剪切盒2兩偵牝且位于下剪切盒2中心線上，以保證升降床6在豎向加載過程中水平上升，第一豎向加載千斤頂3和第二豎向加載千斤頂4中心軸線所組成的平面垂直于水平加載千斤頂11和限位裝置18中心軸線所組成的平面，水平導(dǎo)軌系統(tǒng)由升降床6、第一滾排9、第二滾排10組成，升降床6活動套裝在下剪切盒2外壁面上，升降床6兩翼上對稱開有第一滾排凹槽7和第二滾排凹槽8，第一滾排9、第二滾排10分別置于第一滾排凹槽7和第二滾排凹槽8內(nèi)，上剪切盒5活動置于第一滾排9和第二滾排10上，限位裝置18主要作用在于，防止剪切過程中升降床6隨著上剪切盒2 —起水平移動，同時(shí)能夠防止上剪切盒5因產(chǎn)生過大的水平剪切位移而從水平導(dǎo)軌系統(tǒng)上滑落。
[0014]第一豎向加載千斤頂3和第二豎向加載千斤頂4連接同一液壓控制系統(tǒng)，可有效避免第一豎向加載千斤頂3和第二豎向加載千斤頂4在加載上升過程中的位移不一致的現(xiàn)象，使得豎向加載過程中，上剪切盒5和上剪切試樣23整體保持水平狀態(tài)緩慢上升，進(jìn)而保證測試錨桿24在整個豎向加載過程中始終受到豎直向上的拉拔力，而不會出現(xiàn)偏心受拉的情況。測試錨桿24所受拉拔力即為第一豎向加載千斤頂荷載值和第二豎向加載千斤頂荷載值之和。
[0015]上剪切盒5呈敞口狀，底部開有矩形通孔，矩形通孔的長度和寬度分別與下剪切盒2試樣安裝室的長度和寬度一致，上剪切盒5的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)豎向加載系統(tǒng)對上剪切盒5及上剪切試樣23的豎向加載，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對測試錨桿24的軸向拉伸作用。
[0016]本實(shí)用新型錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置的工作原理，見附圖3。
[0017]a安裝試樣及錨桿。將下剪切試樣20放置在下剪切盒2試樣安裝室內(nèi)，并依次將四根固定螺桿21安裝在下剪切試樣固定螺孔19內(nèi)，使得下剪切試樣20固定在下剪切盒2內(nèi)；在下剪切試樣20的錨桿鉆孔內(nèi)放入適量錨固劑22 (通常為樹脂錨固劑)，安裝測試錨桿24，待錨固劑22凝固、與測試錨桿24完全粘結(jié)之后，將上剪切試樣23安放在上剪切盒5內(nèi)，使用墊板25及緊固螺母26將測試錨桿24與上剪切試樣23固定，至此試樣及錨桿安裝完畢。
[0018]b預(yù)加載。豎向預(yù)加載:設(shè)定第一豎向加載千斤頂3和第二豎向加載千斤頂4的預(yù)加載作用力，液壓作用下第一豎向加載千斤頂3和第二豎向加載千斤頂4同步推動升降床6、上剪切盒5、上剪切試樣23緩慢向上移動，使得測試錨桿24產(chǎn)生軸向拉伸力；水平預(yù)加載:水平加載千斤頂11在液壓作用下，其加載面向著上剪切盒5移動，直至水平加載千斤頂11的加載面緊貼在上剪切盒5的外壁面。預(yù)加載完成后，可根據(jù)試驗(yàn)的需要，采用扭矩扳手對測試錨桿24進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的施加。
[0019]c錨桿拉伸一剪切試驗(yàn)。設(shè)定拉伸荷載值，第一豎向加載千斤頂3和第二豎向加載千斤頂4按照一定加載速率加載至預(yù)定拉伸荷載值，并由第一豎向位移傳感器15、第二豎向位移傳感器17同步獲取豎向位移值；水平液壓千斤頂11按照一定加載速率加載直至測試錨桿24發(fā)生破壞，并由水平位移傳感器13同步獲取水平剪切位移、水平荷載傳感器12同步獲取水平剪切荷載；試驗(yàn)結(jié)束后，擰下緊固螺母26和墊板25，將上剪切試樣23從上剪切盒5中取出，并記錄測試錨桿24的破壞形態(tài)及其破壞角度，將固定螺桿21從下剪切試樣固定螺孔19中擰出，下剪切試樣20從下剪切盒2中取出，至此，完成一根錨桿的拉伸-剪切試驗(yàn)。
[0020]d試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。根據(jù)水平荷載傳感器12、水平位移傳感器13、第一豎向荷載傳感器14、第一豎向位移傳感器15、第二豎向荷載傳感器16、第二豎向位移傳感器17獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別繪制錨桿的拉伸荷載-拉伸位移、拉伸荷載-剪切荷載、拉伸位移-剪切位移、剪切荷載-剪切位移等關(guān)系曲線，并結(jié)合測試錨桿24的破壞形態(tài)，分析測試錨桿24的拉伸-剪切特性和破壞機(jī)制。
[0021]根據(jù)試驗(yàn)的需要，重復(fù)以上步驟，可進(jìn)行不同錨桿類型、不同錨桿直徑、不同預(yù)應(yīng)力大小等影響因素下的錨桿拉伸-剪切測試試驗(yàn)。
【權(quán)利要求】
1.錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的試驗(yàn)裝置由反力框架(I)、水平加載系統(tǒng)、下剪切盒(2)、豎向加載系統(tǒng)、水平導(dǎo)軌系統(tǒng)、上剪切盒(5)、限位裝置(18)組成，反力框架(I)呈敞口狀，水平加載系統(tǒng)由水平加載千斤頂(11)、水平荷載傳感器(12)、水平位移傳感器(13)組成，水平加載千斤頂(11)固定安裝在反力框架(I)內(nèi)側(cè)壁上，限位裝置(18)固定安裝在反力框架(I)另一內(nèi)側(cè)壁上，限位裝置(18)與水平加載千斤頂(11)中心軸線平行，且在同一豎直平面內(nèi)，下剪切盒(2)固定安裝在反力框架(I)內(nèi)部底面上，下剪切盒(2)試樣安裝室的底面上對稱開有四個下剪切試樣固定螺孔(19)，豎向加載系統(tǒng)由第一豎向加載千斤頂(3)、第二豎向加載千斤頂(4)、第一豎向荷載傳感器(14)、第二豎向荷載傳感器(16)、第一豎向位移傳感器(15)、第二豎向位移傳感器(17)組成,第一豎向加載千斤頂(3)和第二豎向加載千斤頂(4)對稱固定安裝在下剪切盒(2)兩側(cè)，且位于下剪切盒(2)中心線上，第一豎向加載千斤頂(3)和第二豎向加載千斤頂(4)中心軸線所組成的平面垂直于水平加載千斤頂(11)和限位裝置(18)中心軸線所組成的平面，水平導(dǎo)軌系統(tǒng)由升降床(6)、第一滾排(9)、第二滾排(10)組成，升降床(6)活動套裝在下剪切盒(2)外壁面上，升降床(6)兩翼上對稱開有第一滾排凹槽(7)、第二滾排凹槽(8)，第一滾排(9)、第二滾排(10)分別置于第一滾排凹槽(7)和第二滾排凹槽(8)內(nèi)，上剪切盒(5)活動置于第一滾排(9)和第二滾排(10)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的第一豎向加載千斤頂(3)和第二豎向加載千斤頂(4)連接同一液壓控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿室內(nèi)拉伸一剪切試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的上剪切盒(5)呈敞口狀，底部開有矩形通孔，矩形通孔的長度和寬度分別與下剪切盒(2)試樣安裝室的長度和寬度一致。
【文檔編號】G01N3/10GK203551388SQ201320672048
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】周輝, 徐榮超, 盧景景, 張傳慶, 胡善超, 孟凡震, 沈崢 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所