CN110646343B - 一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置及方法，它解决了现有技术中锚杆抗拔力试验装置只能施加单向围压或大小相同的双向围压的问题，其方案如下：一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，包括围压施加机构，包括能够设于锚杆试件周侧的撑板，相邻两撑板之间设置支撑柱，锚杆试件每一侧面的两根支撑柱与该侧面的撑板通过连接件连接，连接件能够调整向锚杆试件施加的围压大小，以对锚杆试件相邻两侧实现不同或相同大小的围压力；锚杆试件夹持机构，包括用于支撑围压施加机构及锚杆试件的框体，框体顶部设置拉杆，底部开有开孔以用于钢筋穿过；拉力施加机构，拉力施加机构能够与拉杆、穿过开孔的钢筋分别单独连接。

Description

一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置及方法

技术领域

本发明涉及锚杆抗拉力试验领域，特别是涉及一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置及方法。

背景技术

实验室锚杆抗拔力试验作为一种重要的研究锚杆的科研手段，以得到极限抗拔力及界面剪应力分布规律为主要目标。在传统试验过程中，常常只采用千斤顶施加单向围压或采用液体加压装置在两个主应力方向施加大小相同的围压，这样常常不能真实模拟锚杆在实际地层中的工作情况(锚杆周侧的围压绝大多数情况下是不同的)，导致剪切破坏不为锚杆破坏的主要形式，相应获得的数据是不够准确的；另外，现有的装置还存在一个问题是需要手动记录拉力值与锚杆钢筋的位移值，记录不方便并且存在较大的误差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，结构所占体积小，整体能够对锚杆试件实现侧部不同或相同大小的围压力施加，符合实际地层中的工作情况。

一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置的具体方案如下：

一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，包括：

围压施加机构，包括能够设于锚杆试件周侧的撑板，相邻两撑板之间设置支撑柱，锚杆试件每一侧面的两根支撑柱与该侧面的撑板通过连接件连接，相邻两侧面的连接件相互垂直，连接件能够调整向锚杆试件施加的围压大小，由于锚杆试件每一侧面的连接件相互独立，能够对锚杆试件相邻两侧实现不同或相同大小的围压力；

锚杆试件夹持机构，包括用于支撑围压施加机构及锚杆试件的框体，框体顶部设置拉杆，底部开有开孔以用于锚杆试件的钢筋穿过；

拉力施加机构，拉力施加机构能够与拉杆、穿过开孔的钢筋分别单独连接。

上述的试验装置，锚杆试件包括砂浆块体和钢筋，砂浆块体呈矩形体，钢筋一端锚固于砂浆块体中，且围压施加机构与砂浆块体的周侧面接触，锚杆试件的砂浆块体用于模拟现有情况中锚杆锚固的土体或岩体，钢筋模拟锚杆，围压施加机构通过连接件能够向锚杆试件相邻两侧实现不同或相同大小的围压力，锚杆试件夹持机构支撑锚杆试件，便于拉力施加机构对锚杆钢筋施加拉力，以进行试验。

进一步地，为了方便围压施加机构的安装，也保证对锚杆试件卡合的稳定性，所述围压施加机构中撑板与支撑柱构成一个中空的矩形体，每一撑板的长度小于锚杆试件相应侧面的宽度，锚杆试件通常为矩形形状，这样支撑柱内侧设有L型凹面以与锚杆试件配合，这样能保证围压施加机构与锚杆试件的紧密贴合。

进一步地，所述连接件为丝杆，锚杆试件每一侧面中丝杆依次穿过支撑柱、撑板和另一支撑柱设置，丝杆的两端分别设置螺母，螺母与支撑柱侧面之间设置垫片，通过螺母相对于丝杆位置的调整，实现围压大小的调整。

进一步地，为了避免丝杆的相互干涉，每一所述支撑柱开有4个通孔，其中2个通孔贯通一对立面，另2个通孔贯通另一对立面，且支撑柱相邻两侧面的通孔错位设置，即从上到下，支撑柱的相邻两通孔垂直设置，撑板内侧同样开有2个贯穿孔，以用于丝杆的穿过。

进一步地，为了对围压施加大小进行确定，所述撑板内侧安装有应力应变片，应力应变片设于相邻两撑板内侧，应力应变片与计算机连接。

进一步地，为了方便应力应变片的安装，所述撑板内侧开有用于设置应力应变片的卡槽，卡槽的深度小于应力应变片的厚度。

进一步地，所述锚杆试件夹持机构的框体为横置的三棱柱框体，框体的一侧开有拉杆孔，所述的拉杆穿过拉杆孔设置，拉杆底端设有限位圆头，限位圆头的尺寸大于拉杆孔的尺寸，锚杆试件夹持机构的宽度与锚杆试件和围压施加机构的宽度相适应。为了适应锚杆试件的尺寸，锚杆试件夹持机构的宽度可调，具体框体的底面和顶部的两侧均设有滑杆，框体的侧部设有滑槽，通过滑杆滑槽的配合，实现框体的尺寸与锚杆试件的尺寸相适配。

进一步地，为了较好地对围压施加机构和锚杆试件的支撑，所述三棱柱框体的底侧设有底面，所述开孔开于底面的中心。

进一步地，所述拉力施加机构为电液伺服压力机，电液伺服压力机可以自动记录拉力值与位移值，可以自动记录拉力值与锚杆钢筋位移值，减少了手动测量的误差。电液伺服压力机具有上部夹具和下部夹具，上部夹具用于与拉杆连接，下部夹具用于与锚杆试件的钢筋连接，电液伺服压力机通过上部夹具向锚杆试件夹持机构提供拉力，通过下部夹具向钢筋施加拉力，从而将拉力传递到锚杆试件。

一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置的使用方法，包括如下内容：

对带有钢筋的锚杆试件的每一侧设置撑板，相邻撑板之间设置支撑柱，对锚杆试件的每一侧连接件依次穿过支撑柱、撑板和支撑柱，实现围压施加机构包裹锚杆试件；

通过连接件调整围压施加机构作用于锚杆试件的围压，且根据试验要求对锚杆试件的不同侧面施加相同或不同大小的围压力；

锚杆试件的钢筋穿过锚杆试件夹持机构设置，将围压施加机构及锚杆试件通过锚杆试件夹持机构进行支撑；

锚杆试件夹持机构的顶部拉杆、锚杆试件的钢筋均与拉力施加机构连接；

拉力施加机构向拉杆和钢筋以逐级荷载的方式施加拉力，直至锚杆试件发生破坏，通过拉力施加机构获得试验过程中的最大拉力值作为极限抗拔力。

通过上述的使用方法，可调整围压的大小，从而获得不同围压大小下，锚杆试件抗拔力的大小。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过围压施加机构的设置，能够通过连接件能够向锚杆试件相邻两侧实现不同或相同大小的围压力，有利于模拟锚杆在实际应用中的真实环境情况，更加符合实际工况。

2)本发明通过锚杆试件夹持机构的设置，不仅能方便对围压施加机构和锚杆试件的支撑，而且便于钢筋的穿过，也方便拉力施加机构对钢筋施加拉力，以便进行试验。

3)本发明通过电液伺服压力机的使用，可以方便快捷的测量到拉力施加过程中拉力值与位移值的关系，弥补了传统手动机械式测量方法误差过大的问题。

4)本发明通过三棱柱框体的设置，不仅便于钢筋的穿过，而且便于拉杆的设置，而且便于观测到拉拔过程中锚杆试件破坏的过程。

5)本发明整体装置结构设置简单，所占用空间小，且易于操作，可用于实验室锚杆试件增加围压，并进行相关抗拔力试验。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例中一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置的主视图；

图2为本发明实施例中围压施加机构设于锚杆试件周侧的示意图；

图3为本发明实施例中锚杆试件夹持机构的示意图；

图中：1是围压施加机构，2是锚杆试件夹持机构，3是电液伺服压力机，4是上部夹具，5是下部夹具，6是计算机，7是锚杆试件，8是支撑柱，9是撑板，10是丝杆螺母，11是应力应变片，12是丝杆，13是应变片数据传输线，14是钢筋，15是拉杆，16是开孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，下面结合说明书附图，对本发明做进一步的阐述。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，包括围压施加机构1、锚杆试件夹持机构2和拉力施加机构，拉力施加机构包括电液伺服压力机3、设于锚杆试件夹持机构上方的上部夹具4和设于锚杆试件夹持机构下方的下部夹具5。

围压施加机构1包括四根支撑柱8与四块撑板9，撑板9为钢板，支撑柱8为钢柱，支撑柱8和撑板9二者要求刚性较大，不易产生变形。撑板9能够设于锚杆试件7的四个侧面，四根支撑柱8设于相邻两撑板9之间，撑板9开有两个互相平行且都平行于撑板9长边的贯穿孔，每根支撑柱8开有四个通孔，其中两个孔在一侧面，另两个孔在另一侧面，支撑柱8两侧面的孔错位设置，以保证支撑柱8可通过丝杆12连接两块撑板9。

此外，如图2所示，每一撑板9的长度小于锚杆试件7相应侧面的宽度，锚杆试件包括砂浆块体和钢筋，钢筋一端锚固于砂浆块体中，砂浆块体为矩形体，这样支撑柱8内侧设有L型凹面以与锚杆试件配合，这样能保证围压施加机构与锚杆试件中的砂浆块体紧密贴合。

同时，围压施加机构1内部在撑板内侧设置围压测量部件，围压测量部件为应力应变片11，应力应变片17置于撑板9与锚杆试件7之间，通过调节丝杆螺母10给锚杆试件7以及应力应变片11提供压力，通过数据处理得到锚杆试件7的围压大小，应力应变片11通过数据线13与计算机6连接。

锚杆试件夹持机构2为中空的横置三棱柱框体，如图3所示，三棱柱框体的一侧边在上，该侧边开有拉杆孔，拉杆底端设有限位圆头，限位圆头的尺寸大于拉杆孔的尺寸，拉杆15穿过拉杆孔设置，拉杆15用于与拉力施加机构的上部夹具4连接，三棱柱框体的底侧设有底面，开孔16开于底面的中心，使锚杆试件钢筋14通过开孔16伸出以配合拉力施加机构下部夹具5。同时，锚杆试件夹持机构2需要有足够空间容纳锚杆试件7与围压施加机构1。

为了适应锚杆试件的不同尺寸，锚杆试件夹持机构的宽度可调，具体三棱柱框体的底面和顶部的两侧均设有滑杆，框体的侧部设有与滑杆配合的滑槽，通过滑杆滑槽的配合，实现框体框体的宽度与锚杆试件的尺寸相适配。

其中，锚杆试件砂浆块体用于模拟现有情况中锚杆锚固的土体或岩体，钢筋模拟锚杆，现场浇筑养护至规定时间后形成。

拉力施加机构为电液伺服压力机3，电液伺服压力机3设有上部夹具4和下部夹具5，上部夹具连接锚杆试件夹持机构2的上部拉杆15，下部夹具5与锚杆试件钢筋14连接，上部夹具4和下部夹具5上下设置，且这两个夹具为电液伺服压力机3的部件，电液伺服压力机3为现有技术。

一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：将支撑柱8与撑板9通过丝杆12连接，使得围压施加机构包裹锚杆试件7，围压施加机构的撑板与砂浆块体外侧面接触；

步骤二：将应力应变片11置于锚杆试件7与撑板9之间，通过调整丝杆螺母10来调节需要施加的围压，并通过应力应变片11向计算机6传递所施加围压的大小；

步骤三：将锚杆试件钢筋14一端穿过锚杆夹持机构下部钢筋孔16。

步骤四：将锚杆试件夹持机构2上部拉杆15连接拉力施加机构上部夹具4，锚杆钢筋一端连接拉力施加机构下部夹具5，开启电液伺服压力机3进行抗拔力试验；

步骤五：电液伺服压力机3向拉杆15和钢筋14以逐级荷载的方式施加拉力，直至锚杆试件发生破坏，通过拉力施加机构获得试验过程中的最大拉力值作为极限抗拔力；锚杆试件的破坏形式包括砂浆试块的破裂或钢筋位移超过规定值，这样电液伺服压力机3，获得锚杆试件所受拉力以及钢筋位移大小，并生成拉力与位移对应的图表，并且在锚杆试件破坏时获得最大拉力值，从而用于指导工程实践。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，其特征在于，包括：

围压施加机构，包括能够设于锚杆试件周侧的撑板，相邻两撑板之间设置支撑柱，锚杆试件每一侧面的两根支撑柱与该侧面的撑板通过连接件连接，相邻两侧面的连接件相互垂直，连接件能够调整向锚杆试件施加的围压大小，由于锚杆试件每一侧面的连接件相互独立，能够对锚杆试件相邻两侧实现不同或相同大小的围压；

所述围压施加机构中撑板与支撑柱构成一个中空的矩形体，每一撑板的长度小于锚杆试件相应侧面的宽度，支撑柱内侧设有L型凹面以与锚杆试件配合；

每一所述支撑柱开有4个通孔，其中2个通孔贯通一对立面，另2个通孔贯通另一对立面，且支撑柱相邻两侧面的通孔错位设置；

所述撑板内侧安装有应力应变片，应力应变片与计算机连接；

锚杆试件夹持机构，包括用于支撑围压施加机构及锚杆试件的框体，框体顶部设置拉杆，底部开有开孔以用于锚杆试件的钢筋穿过；

拉力施加机构，拉力施加机构能够与拉杆、穿过开孔的钢筋分别单独连接。

2.根据权利要求1所述的一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，其特征在于，所述连接件为丝杆，锚杆试件每一侧面中丝杆依次穿过支撑柱、撑板和另一支撑柱设置，丝杆的两端分别设置螺母。

3.根据权利要求1所述的一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，其特征在于，所述撑板内侧开有用于设置应力应变片的卡槽，卡槽的深度小于应力应变片的厚度。

4.根据权利要求1所述的一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，其特征在于，所述锚杆试件夹持机构的框体为横置的三棱柱框体，框体的一侧开有拉杆孔，所述的拉杆穿过拉杆孔设置，拉杆底端设有限位圆头。

5.根据权利要求4所述的一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，其特征在于，所述三棱柱框体的底侧设有底面，所述开孔开于底面的中心。

6.根据权利要求1所述的一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置，其特征在于，所述拉力施加机构为电液伺服压力机。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种围压可调的锚杆试件抗拔力试验装置的使用方法，其特征在于，包括如下内容：

对带有钢筋的锚杆试件的每一侧设置撑板，相邻撑板之间设置支撑柱，对锚杆试件的每一侧连接件依次穿过支撑柱、撑板和支撑柱，实现围压施加机构包裹锚杆试件；

通过连接件调整围压施加机构作用于锚杆试件的围压，且根据试验要求对锚杆试件的不同侧面施加相同或不同大小的围压力；

所述围压施加机构中撑板与支撑柱构成一个中空的矩形体，每一撑板的长度小于锚杆试件相应侧面的宽度，支撑柱内侧设有L型凹面以与锚杆试件配合；

每一所述支撑柱开有4个通孔，其中2个通孔贯通一对立面，另2个通孔贯通另一对立面，且支撑柱相邻两侧面的通孔错位设置；

所述撑板内侧安装有应力应变片，应力应变片与计算机连接；

锚杆试件的钢筋穿过锚杆试件夹持机构设置，将围压施加机构及锚杆试件通过锚杆试件夹持机构进行支撑；

锚杆试件夹持机构的顶部拉杆、锚杆试件的钢筋均与拉力施加机构连接；

拉力施加机构向拉杆和钢筋以逐级荷载的方式施加拉力，直至锚杆试件发生破坏，通过拉力施加机构获得试验过程中的最大拉力值作为极限抗拔力。

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