土遗址锚固室内试验系统

摘要

本发明涉及文物保护中土遗址加固的锚固技术领域，具体涉及一种土遗址锚固室内试验系统。试验装置主要由锚固系统、与锚固系统连接的加载装置，以及与锚固系统和加载装置连接的数据采集系统和处理系统。该装置可用于土遗址中锚杆应力分布情况的系统研究，同时又考虑了锚杆长度、锚杆直径、杆体表面状态以及灌浆体强度等因素对锚固力的影响的土遗址锚固系统，对于锚杆锚固理论在土遗址保护中的应用研究具有重要的意义。该试验系统可用于文物保护工程中全长粘结型锚杆及相应锚固系统力学行为和工作机制的试验研究中。

说明书

技术领域

本发明涉及文物保护中土遗址加固的锚固技术领域，具体涉及一种土遗址锚固室内试验系统。

背景技术

锚固技术通常应用于边坡支护和岩土工程中，对高边坡支护和岩体稳定的安全施工起到了重要作用。近几年，锚杆锚固技术也逐渐被应用于文物保护工程土遗址保护方面。我国古代土遗址土体松散、强度低、孔隙率大，由于年代久远，大部分都产生严重的开裂，最终导致坍塌破坏。锚杆锚固技术是加固土遗址的重要方法．可以有效地提高土遗址的稳定性。土遗址锚杆锚固主要是指遗址本体在失去一定的粘聚力而局部失稳，通过锚杆给失稳本体新的连接力的技术措施．遗址本体可依赖锚杆连接提高本体的整体稳定性。这种工艺技术方便、简介、隐蔽性好、强度提高较明显，是遗址本体保护工程的重要技术措施之一。

目前，锚固技术在土遗址加固保护中得到广泛应用，取得了不少成果。但由于文物本身破坏的不同和工程技术条件复杂多变，而锚杆又深埋在土体中，给锚杆力学行为及锚固机理的研究带来了很大困难。锚杆拉拔试验是该问题研究中的主要试验方法，至今仍被广泛采用。以往的的土遗址的锚杆试验大多集中在对锚杆锚固力的研究上，仅考虑锚固长度和灌浆体强度对锚固力的影响。资料显示，锚固力的大小与锚杆长度、钻孔直径、锚杆直径、灌浆体强度、杆体表面状态和倾斜角度都有关系。因此开发一种可用于土遗址中锚杆应力分布情况的系统研究，同时又考虑了锚杆长度、锚杆直径、杆体表面状态以及灌浆体强度等因素对锚固力的影响的土遗址锚固系统，对于锚杆锚固理论在土遗址保护中的应用研究具有重要的意义。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种适用于全长粘结型锚杆及相应锚固系统力学行为和工作机制试验研究的土遗址锚固室内试验系统。本发明通过如下技术方案实现上述目的。

本发明提供一种土遗址锚固室内试验系统，包括锚固系统、与锚固系统连接的加载装置以及与锚固系统和加载装置连接的数据采集与处理系统。

本发明还可以通过以下技术方案进一步改进。

优选的，所述锚固系统包括PVC管、夯土层、浆体和测试锚杆；所述PVC管中填充有夯土层，夯土层的中心注有浆体，夯土层和浆体之间通过锚固剂连接，浆体的中心设置有孔，孔中设置有测试锚杆。

优选的，所述PVC管、夯土层、浆体和测试锚杆的中心线位于同一平面中。

优选的，所述加载装置包括设置于PVC管顶端的护层钢板、油泵、与油泵连接的液压油缸以及设置于测试锚杆端部的锚具。

优选的，所述锚具为套筒式锚具。

优选的，所述数据采集与处理系统包括设置于液压油缸与锚具之间的应力传感器、与应力传感器相连接的位移测量装置、与应力传感器和位移测量装置相连接的数显仪、附着于测试锚杆上的应变片、与应变片相连接的应变电阻导线、设置于护层钢板与液压油缸之间的导线导出支座、与应变电阻导线相连接的数据采集仪以及与数据采集仪相连接的计算机。

优选的，所述位移测量装置包括位移支架、位移测量仪、位移支座以及与应力传感器连接的磁性表座。

优选的，所述PVC管、夯土层、浆体、测试锚杆、护层钢板、液压油缸以及锚具的中心线位于同一平面内，且沿测试锚杆的轴线安装。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）在测试锚杆上附着应变片，并将与应变片相连接的应变电阻导线通过导线导出支座连接在数据采集仪上，成功的解决了应变片的导线引出问题。

（2）测试锚杆拉拔过程中，液压油缸对测试锚杆作用的锚固力及其所产生的位移通过应力传感器和位移测量装置反映到数显仪中读数并记录，同时应变片将测试锚杆产生的应变传输到数据采集仪中，并通过计算机的控制和分析软件将锚杆拉拔过程中的荷载及应变进行实时显示，通过数据处理能够清楚地反映出整个试验过程中的荷载及应变等力学性能的变化情况。

（3）整个加载装置都是套筒式的，能够很直观的测量不同直径的锚杆的锚固性能，从而能反映出不同直径的锚杆锚固的力学性能变化情况。

（4）加载装置中的端部锚具通过夹片将测试锚杆紧紧夹住，并通过位移测量装置将锚杆拉拔过程中的端部位移清楚地反映出来，有效地解决了试验过程中的端部位移问题。

（5）整个试验系统通过油泵产生的液压作用到液压油缸上产生的拉张荷载作用在测试锚杆上，操作简便，且预应力损失较小。

附图说明

图1是本发明一种实施例的平面结构示意图。

图2是本发明一种实施例的立体结构示意图。

图中1.PVC管，2.夯土层，3.浆体，4.测试锚杆，5.护层钢板，6.液压油缸，7.锚具，8.应力传感器，9.应变片，10.应变电阻导线，11.导线导出支座12.磁性表座，13.位移支架，14.位移测量仪，15.位移支座，16.数据采集仪，17.数显仪，18.油泵，19.计算机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

    实施例：

如图1、图2所示，本例土遗址锚固室内试验系统包括锚固系统、加载装置、数据采集系统和处理系统。

锚固系统包括用于制作试样材料的圆柱状PVC管1、夯土层2、浆体3和测试锚杆4。所述加载装置包括设置于PVC管1顶端的护层钢板5、油泵18、与油泵18连接的液压油缸6以及设置于测试锚杆4端部的锚具7，所述7锚具为套筒式锚具。所述数据采集与处理系统包括设置于液压油缸6与锚具7之间的应力传感器8、与应力传感器8相连接的位移测量装置、与应力传感器8和位移测量装置相连接的数显仪17、附着于测试锚杆4上的应变片9、与应变片9相连接的应变电阻导线10、设置于护层钢板5与液压油缸6之间的导线导出支座11、与应变电阻导线10相连接的数据采集仪14以及与数据采集仪14相连接的计算机19。 

在PVC管1中用夯土层2填充，在夯土层2的中心注入浆体3，夯土层2和浆体3之间用锚固剂连接，浆体3凝固后在PVC管1的中心打孔，将测试锚杆4插入孔中。其中，夯土层2采用土遗址的原状土样人工夯实；浆体3材料为按照一定配比的测试浆液；测试锚杆4可选择不同直径的白蜡杆、楠竹锚杆、楠竹加筋复合锚杆等土遗址加固用锚杆。在PVC管1的顶端加护层钢板5，确保试件上部的夯土层2平整；在护层钢板5上加导线导出支座11，使试件中与应变片9连接的应变电阻导线10引出与数据采集仪16相连接；再在导线导出支座11上加液压油缸6，液压油缸6的另一端与应力传感器8相连接，在应力传感器8的上端加套筒式锚具7，并用夹片将锚具7与测试锚杆4紧紧粘结在一起。PVC管1、夯土层2、浆体3、测试锚杆4、护层钢板5、液压油缸6以及锚具7的中心线位于同一平面内，且沿测试锚杆4的轴线安装。应力传感器8置于液压油缸6与端部锚具7之间，保持与液压油缸6在同一中心线上，两端与液压油缸6和端部锚具7紧贴。位移测量装置包括磁性表座12、位移支架13、位移测量仪14和位移支座15，磁性表座12与应力传感器8紧贴，位移测量仪14与位移支座15保持垂直，确保位移读数的准确。位移测量仪14和应力传感器共同与数显仪17连接，通过手动操作油泵18使液压油缸6对测试锚杆4施加拉拔力，通过应力传感器8和位移测量仪14产生的拉拔力大小及其位移通过数显仪17读数并记录。在测试锚杆4的锚固端间隔一定距离粘贴应变片9，将与应变片9连接的应变电阻导线10通过导线导出支座11引出与数据采集仪16连接。数据采集仪16连接计算机19，通过计算机中的控制分析软件控制并记录拉拔力的大小，并对加载过程实时监控测试锚杆4的应力和应变量。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。