一种动荷载下锚杆锚固结构试验装置

摘要

本发明涉及锚固结构试验技术领域，具体为一种动荷载下锚杆锚固结构试验装置，包括H型架，H型架上固定连接有两个对称分布的支撑架，H型架的中部贯穿有主杆,主杆的下端固定连接有锚盘,主杆的上端设置有副杆,主杆顶部固定连接有螺纹柱,螺纹柱一端延伸到副杆中，副杆的上端固定套有水泥柱，水泥柱下端和支撑架接触，本发明通过向载体壳中放置重物，重力影响通过杠杆体的放大，迫使锚盘发生移动，通过升降柱的移动距离来反馈锚盘的下降信息，用来反馈整个锚杆的抗压能力信息，功能稳定强大。

说明书

技术领域

本发明涉及锚固结构试验技术领域，具体为一种动荷载下锚杆锚固结构试验装置。

背景技术

锚杆是岩土工程中广泛采用的一种基本受力构件，冲击地压和放炮等产生的动力扰动会诱发深部岩土锚固支护结构的损伤破坏，其实质是在围岩静力作用的基础上，由附加的动力效应所引起的，是动静组合荷载作用的结果。因此，锚杆锚固系统的动静组合受力特性是关于岩土锚固工程稳定性的重要科学问题，通过试验研究动静组合作用下锚杆锚固系统的破坏模式和破坏过程，基于有限元软件研究界面粘结应力的分布及时程演变规律，粘结滑移特征及其初始静载水平、围岩应力和锚固长度等参数的影响，深入揭示动静组合荷载作用下锚杆锚固系统的破坏机制，建立粘结滑移力学模型。

岩土锚固技术涉及到三种介质:锚杆、灌浆体和岩土体。岩土锚固技术在一定条件下会发生界面粘结破坏，这个界面可能是锚杆—灌浆体界面，也可能是灌浆体—岩土体界面。随着锚固技术应用范围的逐渐扩大，锚杆的种类也越来越多，锚杆的单体承载力也在不断的加大。但是，由于锚杆在岩土体中所受的力比较复杂，使得锚固设计技术和锚固计算理论发展的比较迟缓，许多工程问题的设计和计算还停留在经验基础上，有的做了一些相对粗略的假定，并且大多都是在静力加载的条件下做的研究，在此研究动静组合荷载作用下锚固体的力学特性。

现有技术中的锚固结构试验中，锚杆一端延伸到指定建筑物中，而锚部分凸出到外界，通过压力作用在锚上，逐渐增大压力，观察在多大的压力下，整个锚杆损坏，或是锚杆从建筑物中被抽出一定距离，可以将这样的试验搬入到实验室中。

如果能够发明一种锚固试验装置，可以实现方便快捷的检测工作，就能解决问题，为此我们提供了一种动荷载下锚杆锚固结构试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动荷载下锚杆锚固结构试验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种动荷载下锚杆锚固结构试验装置，包括H型架，所述H型架上固定连接有两个对称分布的支撑架，所述H型架的中部贯穿有主杆,主杆的下端固定连接有锚盘,主杆的上端设置有副杆,主杆顶部固定连接有螺纹柱,螺纹柱一端延伸到副杆中，所述副杆的上端固定套有水泥柱，所述水泥柱下端和支撑架接触，所述副杆的一侧固定连接有凸出块,凸出块的一端接触有挂钩,挂钩上端延伸到支撑架中，且挂钩端部固定连接有橡胶囊,橡胶囊的一侧设置有弹簧，弹簧中设置有导向杆,导向杆一端延伸到挂钩中，橡胶囊和弹簧设置在支撑架中，所述橡胶囊一侧的支撑架中开设有主管腔,主管腔的一端延伸到橡胶囊中，主管腔的另一端延伸到支撑架上开设的圆柱槽中，且支撑架的圆柱槽中设置有升降柱和波纹管,升降柱的上端凸出到支撑架外部，且升降柱的下端固定连接有波纹管，所述H型架和支撑架之间设置有载体壳,主杆贯穿载体壳中部开设的通孔，载体壳的侧壁上固定环设有若干均匀分布的压力柱,压力柱的下端延伸到H型架中，H型架中环设有若干均匀分布的杠杆体,杠杆体设置在H型架上开设的板槽中，杠杆体的一端端部上贯穿有中心轴,中心轴的一侧固定连接有拦截块,拦截块的一端接触有弹簧片，所述压力柱下端和杠杆体接触，所述杠杆体的一侧固定连接有推进块。

优选的，所述杠杆体形状为圆筒一侧一体连接棱柱，杠杆体的圆筒中部活动套接有中心轴,中心轴的端部固定在H型架的板槽内壁上。

优选的，所述弹簧片为波浪板状，弹簧片的一端接触有拦截块,拦截块和弹簧片设置在杠杆体的圆筒内腔壁上开设的弧形柱槽中，杠杆体的圆筒一侧固定连接有推进块。

优选的，所述载体壳为少半球壳体状，载体壳中部开设有通孔，主杆套接在载体壳的通孔中，压力柱贯穿H型架上开设的通孔。

优选的，所述升降柱形状为圆柱且柱体的一侧壁上开设的柱状滑槽，升降柱的柱状滑槽中设置有导向滑块,导向滑块固定在支撑架的圆柱槽内腔壁上，波纹管下端固定在H型架的圆柱槽底面上。

优选的，所述挂钩形状在支撑架上开设的L型板腔中，橡胶囊为圆盘壳体状，橡胶囊固定在支撑架的L型板腔内壁上，主管腔一端延伸到橡胶囊的内腔中，橡胶囊一侧外壁和挂钩固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过向载体壳中放置重物，重力影响通过杠杆体的放大，迫使锚盘发生移动，通过升降柱的移动距离来反馈锚盘的下降信息，用来反馈整个锚杆的抗压能力信息，功能稳定强大；

2.该装置通过副杆的移动带动挂钩，进而引发一系列控制传动，实现对升降柱的控制，零件结构设计精巧，实现对整个锚杆的抗压能力方便快捷的检测工作。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中A处结构示意图；

图3为图1中B处结构示意图；

图4为支撑架2结构示意图。

图中：H型架1、支撑架2、主杆3、锚盘4、副杆5、螺纹柱6、水泥柱7、凸出块8、挂钩9、橡胶囊10、弹簧11、导向杆12、主管腔13、升降柱14、波纹管15、载体壳16、压力柱17、杠杆体18、中心轴19、拦截块20、弹簧片21、推进块22、导向滑块23、锥形刺24。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种动荷载下锚杆锚固结构试验装置，包括H型架1，H型架1上固定连接有两个对称分布的支撑架2，H型架1的中部贯穿有主杆3,主杆3的下端固定连接有锚盘4,主杆3的上端设置有副杆5,主杆3顶部固定连接有螺纹柱6,螺纹柱6一端延伸到副杆5中，副杆5的上端固定套有水泥柱7，水泥柱7下端和支撑架2接触，副杆5的一侧固定连接有凸出块8,凸出块8的一端接触有挂钩9,挂钩9上端延伸到支撑架2中，且挂钩9端部固定连接有橡胶囊10,橡胶囊10的一侧设置有弹簧11，弹簧11中设置有导向杆12,导向杆12一端延伸到挂钩9中，橡胶囊10和弹簧11设置在支撑架2中，橡胶囊10一侧的支撑架2中开设有主管腔13,主管腔13的一端延伸到橡胶囊10中，主管腔13的另一端延伸到支撑架2上开设的圆柱槽中，且支撑架2的圆柱槽中设置有升降柱14和波纹管15,升降柱14的上端凸出到支撑架2外部，且升降柱14的下端固定连接有波纹管15，H型架1和支撑架2之间设置有载体壳16,主杆3贯穿载体壳16中部开设的通孔，载体壳16的侧壁上固定环设有若干均匀分布的压力柱17,压力柱17的下端延伸到H型架1中，H型架1中环设有若干均匀分布的杠杆体18,杠杆体18设置在H型架1上开设的板槽中，杠杆体18的一端端部上贯穿有中心轴19,中心轴19的一侧固定连接有拦截块20,拦截块20的一端接触有弹簧片21，压力柱17下端和杠杆体18接触，杠杆体18的一侧固定连接有推进块22，参考图1,副杆5上固定有水泥柱7,水泥柱7包裹在副杆5上，将副杆5放置在两个支撑架2之间后，主杆3由下到上依次穿过H型架1和载体壳16，旋转主杆3使螺纹柱6旋进副杆5底部开设的螺纹槽中，实现副杆5和主杆3的同步固定。

杠杆体18形状为圆筒一侧一体连接棱柱，杠杆体18的圆筒中部活动套接有中心轴19,中心轴19的端部固定在H型架1的板槽内壁上。

弹簧片21为波浪板状，弹簧片21的一端接触有拦截块20,拦截块20和弹簧片21设置在杠杆体18的圆筒内腔壁上开设的弧形柱槽中，杠杆体18的圆筒一侧固定连接有推进块22。

载体壳16为少半球壳体状，载体壳16中部开设有通孔，主杆3套接在载体壳16的通孔中，压力柱17贯穿H型架1上开设的通孔。

升降柱14形状为圆柱且柱体的一侧壁上开设的柱状滑槽，升降柱14的柱状滑槽中设置有导向滑块23,导向滑块23固定在支撑架2的圆柱槽内腔壁上，波纹管15下端固定在H型架1的圆柱槽底面上。

挂钩9形状在支撑架2上开设的L型板腔中，橡胶囊10为圆盘壳体状，橡胶囊10固定在支撑架2的L型板腔内壁上，主管腔13一端延伸到橡胶囊10的内腔中，橡胶囊10一侧外壁和挂钩9固定连接。

锚杆支护能够很大程度地保持围岩的稳定性和完整性，并且可以有效地控制围岩的位移、变形和裂纹的进一步扩展，通常与喷射混凝土、锚索及悬挂金属网等方式结合，普遍用于地下工程的围岩控制。因此，动力扰动下锚杆锚固系统的力学特性是关系到深部地下工程稳定性的一个重要科学问题。事实上，在支护结构形成以后，由于围岩产生变形，锚杆和围岩之间会产生一定相互作用的静力，达到一种相对的平衡状态；当动力扰动发生后，锚杆和围岩之间又产生动力作用；因此深部地下工程锚杆锚固系统的动力损伤破坏实质上是在静力作用的基础上，耦合附加的动力效应所引起，可以认为是动静组合荷载作用的结果。特别是深部地下工程，围岩应力水平高，变形大，锚杆和围岩之间的静力作用更是处于一种较高水平。以深部地下工程的动力失稳为工程背景，对深部地下工程锚杆锚固系统在动静组合荷载作用下的力学特性展开研究。

(1)通过实验室试验，研究锚固体在静载、动载和动静组合荷载作用下的承载力变化规律和破坏形式，分析静载、动载和动静组合荷载作用下锚固体承载力的区别和联系及其作用机理。试验表明:锚固体在静载、动载和动静组合荷载作用下的破坏形式均为锚杆和灌浆体界面脱粘破坏；在不同加载方式下，动载作用下锚固体的极限承载力最小，动静组合荷载作用下锚固体的极限承载力最大，静载作用下的极限承载力居中。

(2)基于有限元软件，模拟锚杆和灌浆体界面在初始静载水平、围岩应力和锚固长度等参数下界面粘结应力分布规律。结果表明:随着初始静载水平的增加，界面粘结应力向锚固体自由端传递更远；围岩应力只在外加荷载比较小的情况下对界面粘结应力的分布有影响；锚固长度超过一定值时，锚固体自由端不出现界面粘结应力。

(3)基于损伤理论，通过试验结果分析和模拟结果分析提出了动静组合作用下锚固体的粘结滑移关系。在循环初期，随着循环次数的增加，循环变量不断增加，锚固体不断损伤破坏；在循环后期，循环变量趋于稳定，锚固体已经达到最终破坏状态。

锚固体在静载作用下的破坏模式为锚杆被拔出，锚杆与灌浆体界面脱粘破坏。由此可以看出，决定锚固体破坏模式的主要因素是锚杆和灌浆体之间的粘结强度,随着锚固长度的增大锚固体的极限承载力呈增大趋势，锚固体的极限承载力主要取决于锚杆和灌浆体之间的粘结强度。

在不同加载方式下，动载作用下锚固体的极限承载力最小，动静组合荷载作用下锚固体的极限承载力最大，静载作用下的极限承载力居中；在动静组合荷载作用下随着初始静载水平的增大，锚固体的极限承载力呈增大趋势；加载方式对锚固体极限承载力的影响主要是由于带肋钢筋和灌浆体之间的机械咬合力作用，在动载作用下，前期加载的循环动载幅值比较小，在小幅值循环动载作用下带肋钢筋和灌浆体之间的机械咬合力受到了一定程度的破坏，使得动载作用下锚固体的极限承载力较小；动静组合荷载作用下，前期的静载使得带肋钢筋和灌浆体之间的机械咬合力变大，在后期的动载作用下机械咬合随循环动载作用使得破坏比较困难，由此，使得动静组合荷载作用下锚固体的极限承载力比较大。

锚杆是岩土工程中广泛采用的一种基本受力构件，实践证明，动力扰动是深部地下工程稳定性的重要威胁。随着开发深度的增加，动力灾害频发，动静组合作用下围岩和支护结构的相互作用机理，亟待进行深入的研究。事实上，在支护结构形成以后，由于围岩产生变形，锚杆和围岩之间会产生一定相互作用的静力，达到一种相对的平衡状态；当动力扰动发生后，锚杆和围岩之间又产生动力作用；因此深部地下工程锚杆锚固系统的动力损伤破坏实质上是在静力作用的基础上，耦合附加的动力效应所引起，可以认为是动静组合荷载作用的结果。

工作原理：向载体壳16中放入重物，重力迫使载体壳16下降，载体壳16带动压力柱17,压力柱17下降迫使杠杆体18转动，杠杆体18转动中克服弹簧片21的反弹影响，杠杆体18带动推进块22,推进块22移动顶起锚盘4，这样锚盘4下降带动主杆3,主杆3带动副杆5,副杆5向下拉扯水泥柱7,水泥柱7被两个支撑架2卡位拦截，压力过大水泥柱7发生轻微的形变，即副杆5下降的距离端，为了方便试验人员快速掌握副杆5的下降信息，需要将副杆5的下降距离放大，即副杆5带动凸出块8,凸出块8移动顶起挂钩9,挂钩9下降压迫橡胶囊10,橡胶囊10被挤压，橡胶囊10中的气体通过主管腔13涌入到波纹管15中，波纹管15形变扩张，气压作用到升降柱14上，升降柱14从支撑架2中凸出一定距离，工作人员通过观察升降柱14的伸出距离，即可了解到副杆5的下降程度，水泥柱7的抗压能力越弱，发生形变的程度越大，进而副杆5的下降距离越大。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。