CN114323939A - 一种锚杆静动拉剪综合实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种锚杆静动拉剪综合实验装置，包括底座、静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构、动态拉剪执行机构及剪切盒机构；静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构及动态拉剪执行机构设置在底座上，剪切盒机构设置在静态拉伸执行机构上，静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构、动态拉剪执行机构及剪切盒机构分布在同一条直线上。本发明的锚杆静动拉剪综合实验装置，能够在同一台设备内完成锚杆静态拉伸实验、锚杆静态剪切实验、锚杆动态拉伸实验、锚杆动态剪切实验、拉应力状态下的锚杆静态剪切实验、拉应力状态下的锚杆动态剪切实验，实现了一机多用，仅通过一台设备就可以满足锚杆综合性能指标的测试，有效节约了设备采购成本和实验成本。
Description
技术领域
本发明属于锚杆拉剪实验技术领域，特别是涉及一种锚杆静动拉剪综合实验装置。
背景技术
随着浅部矿产资源的逐渐枯竭，深部矿床的开采是未来采矿的必然发展趋势，但处于深部高应力、强扰动环境下，开挖卸荷会引起深部岩体内部积聚的应变能突然释放，诱发岩爆、冒顶或围岩大变形等灾害，造成人员伤亡和设备损坏。
抗爆支护是防止深部岩***坏的有效手段，很多矿用锚杆采用钢材的塑形变形来达到吸能作用。但是，岩石在发生岩***坏时，除了产生大量的体积膨胀，还会产生较大的剪切变形，当锚杆在拉应力超过钢材的屈服强度时，抗剪能力会有所下降，如果支护***中的锚杆丧失了抗剪能力，岩爆支护***将不再有效。因此，岩爆支护***除了必须有很高的抗拉伸破坏能力，还要有足够的抗剪切破坏的能力，才能够有效地防止岩***坏。
近年来，虽然市面上出现了一些吸能抗爆锚杆，但这些吸能抗爆锚杆的吸能指标都是基于材料的抗拉特性，缺乏抗剪特性指标。目前，市面上能够单独进行锚杆静态拉伸测试的装置、能够单独测试锚杆拉伸或剪切性能的装置、能够单独进行锚杆静态剪切测试的装置有很多，但能够在拉力作用下进行静态及动态剪切测试的装置仍处于空白，并且现有的相关实验装置普遍功能单一，为了获取锚杆的综合性能指标，需要通过多台不同功能的实验装置才能实现，造成设备采购成本以及实验成本的增加。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种锚杆静动拉剪综合实验装置，能够在同一台设备内完成锚杆静态拉伸实验、锚杆静态剪切实验、锚杆动态拉伸实验、锚杆动态剪切实验、拉应力状态下的锚杆静态剪切实验、拉应力状态下的锚杆动态剪切实验，实现了一机多用，仅通过一台设备就可以满足锚杆综合性能指标的测试，有效节约了设备采购成本和实验成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锚杆静动拉剪综合实验装置，包括底座、静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构、动态拉剪执行机构及剪切盒机构；所述静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构及动态拉剪执行机构设置在底座上，所述剪切盒机构设置在静态拉伸执行机构上，所述静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构、动态拉剪执行机构及剪切盒机构分布在同一条直线上。
所述静态拉伸执行机构包括静态拉伸框架、静态拉伸作动器、静态拉伸负荷传感器、静态拉伸夹具；所述静态拉伸框架采用矩形结构；在所述底座上表面水平设置有静态拉伸框架滑移导轨，所述静态拉伸框架滑移导轨采用平行双轨结构；所述静态拉伸框架设置在静态拉伸框架滑移导轨上，静态拉伸框架在静态拉伸框架滑移导轨上具有直线移动自由度；所述静态拉伸作动器水平固装在静态拉伸框架上，静态拉伸作动器的活塞杆与静态拉伸框架滑移导轨相平行；所述静态拉伸作动器的活塞杆延伸至静态拉伸框架内侧，所述静态拉伸负荷传感器同轴固装在静态拉伸作动器的活塞杆端部；所述静态拉伸夹具同轴安装在静态拉伸负荷传感器上；所述剪切盒机构设置在静态拉伸框架内侧中部，剪切盒机构与静态拉伸夹具正对设置；所述剪切盒机构包括下半剪切盒、上半剪切盒及位移传感器；所述下半剪切盒固定安装在静态拉伸框架上，所述上半剪切盒位于下半剪切盒上方，所述位移传感器连接在下半剪切盒与上半剪切盒之间。
所述静态剪切执行机构包括静态剪切框架、静态剪切作动器及静态剪切负荷传感器；所述静态剪切框架采用龙门结构，静态剪切框架竖直固装在底座上，静态剪切框架跨装在静态拉伸框架滑移导轨上方；所述静态剪切作动器竖直固装在静态剪切框架的横梁上，静态剪切作动器的活塞杆竖直朝向延伸至静态剪切框架内侧；所述静态剪切负荷传感器同轴固装在静态剪切作动器的活塞杆端部。
所述动态拉剪执行机构包括动态拉剪框架、电磁铁、配重铁块、动态拉剪负荷传感器、动态拉伸夹具及起吊钢索；所述动态拉剪框架采用龙门结构，动态拉剪框架竖直固装在底座上，动态拉剪框架跨装在静态拉伸框架滑移导轨上方；所述电磁铁固定吊装在动态拉剪框架的横梁下方，在电磁铁的中心开设有锚杆穿行孔；所述配重铁块位于电磁铁下方，配重铁块与电磁铁磁吸配合，在配重铁块的中心也开设有锚杆穿行孔；所述动态拉剪负荷传感器位于配重铁块下方，在动态拉剪负荷传感器的中心也开设有锚杆穿行孔；所述动态拉伸夹具同轴安装在动态拉剪负荷传感器上；所述起吊钢索连接在配重铁块顶端；在所述动态拉剪框架的立柱上竖直设置有配重铁块导向滑轨，配重铁块导向滑轨采用平行双轨结构，配重铁块沿配重铁块导向滑轨具有竖直移动自由度；在所述配重铁块导向滑轨的底部设置有配重缓冲块。
当进行锚杆静态拉伸实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从剪切盒机构中穿过，剪切盒机构不启用，锚杆与下半剪切盒和上半剪切盒不接触；
步骤二：将锚杆一端通过锁具固定在静态拉伸框架上，锚杆另一端由静态拉伸夹具夹持固定；
步骤三：启动静态拉伸作动器，控制静态拉伸作动器的活塞杆以0.1mm/min的速率回缩，对锚杆施加静态拉伸载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据，直至锚杆断裂，保存实验数据，实验结束。
当进行锚杆静态剪切实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆与下半剪切盒和上半剪切盒充分接触；
步骤二：将锚杆一端通过锁具固定在静态拉伸框架上，锚杆另一端由静态拉伸夹具夹持固定；
步骤三：沿着静态拉伸框架滑移导轨移动静态拉伸框架，锚杆及剪切盒机构则随着静态拉伸框架同步移动，直到上半剪切盒位于静态剪切作动器及静态剪切负荷传感器的正下方，之后将静态拉伸框架锁定到底座上；
步骤四：启动静态剪切作动器，先控制静态剪切作动器的活塞杆以100mm/min的速率伸出，直到静态剪切负荷传感器与下方的上半剪切盒顶靠接触在一起，之后控制静态剪切作动器的活塞杆以0.1mm/min的速率伸出，对上半剪切盒施加竖直载荷，进而通过上半剪切盒及下半剪切盒对锚杆施加静态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据，直至锚杆断裂，保存实验数据，实验结束。
当进行锚杆动态拉伸实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从动态拉剪框架的顶部横梁上竖直***，使锚杆依次穿过电磁铁、配重铁块及动态拉剪负荷传感器中心处的锚杆穿行孔，之后将锚杆上端通过锁具固定在动态拉剪框架上，将动态拉伸夹具夹持固定在锚杆下端；
步骤二：将起吊钢索与配重铁块连接在一起，通过起吊钢索向上吊起配重铁块，配重铁块上升过程沿着配重铁块导向滑轨移动，直到配重铁块与上方的电磁铁顶靠接触在一起；
步骤三：启动电磁铁，在电磁吸力作用下，配重铁块被吸附固定到电磁铁上，之后解除起吊钢索与配重铁块的连接；
步骤四：控制电磁铁断电，解除电磁吸力，配重铁块在重力作用下沿着配重铁块导向滑轨快速下坠，直至撞击到下方的动态拉剪负荷传感器，撞击力会依次通过动态拉剪负荷传感器和动态拉伸夹具传递至锚杆，进而通过撞击力对锚杆施加动态拉伸载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据；
步骤五：重复步骤二至步骤四，直至锚杆断裂，锚杆断裂后，配重铁块会带着断裂后的下半段锚杆、动态拉剪负荷传感器及动态拉伸夹具继续下坠，直到配重铁块撞击到配重缓冲块，保存实验数据，实验结束。
当进行锚杆动态剪切实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆与下半剪切盒和上半剪切盒充分接触；
步骤二：将锚杆一端通过锁具固定在静态拉伸框架上，锚杆另一端由静态拉伸夹具夹持固定；
步骤三：将起吊钢索与配重铁块连接在一起，通过起吊钢索向上吊起配重铁块，配重铁块上升过程沿着配重铁块导向滑轨移动，直到配重铁块与上方的电磁铁顶靠接触在一起；
步骤四：启动电磁铁，在电磁吸力作用下，配重铁块被吸附固定到电磁铁上，之后解除起吊钢索与配重铁块的连接；
步骤五：沿着静态拉伸框架滑移导轨移动静态拉伸框架，锚杆及剪切盒机构则随着静态拉伸框架同步移动，直到上半剪切盒位于配重铁块的正下方，之后将静态拉伸框架锁定到底座上；
步骤六：控制电磁铁断电，解除电磁吸力，配重铁块在重力作用下沿着配重铁块导向滑轨快速下坠，直至撞击到下方的上半剪切盒，撞击力会通过上半剪切盒及下半剪切盒对锚杆施加动态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据；
步骤七：重复步骤三、步骤四及步骤六，直至锚杆断裂，锚杆断裂后，配重铁块会带着断裂后的前半段锚杆及上半剪切盒继续下坠，直到配重铁块撞击到配重缓冲块，保存实验数据，实验结束。
当进行拉应力状态下的静态剪切实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆与下半剪切盒和上半剪切盒充分接触；
步骤二：将锚杆一端通过锁具固定在静态拉伸框架上，锚杆另一端由静态拉伸夹具夹持固定；
步骤三：沿着静态拉伸框架滑移导轨移动静态拉伸框架，锚杆及剪切盒机构则随着静态拉伸框架同步移动，直到上半剪切盒位于静态剪切作动器及静态剪切负荷传感器的正下方，之后将静态拉伸框架锁定到底座上；
步骤四：启动静态拉伸作动器，控制静态拉伸作动器的活塞杆以1kN/s的速率回缩，对锚杆施加拉应力；
步骤五：启动静态剪切作动器，先控制静态剪切作动器的活塞杆以100mm/min的速率伸出，直到静态剪切负荷传感器与下方的上半剪切盒顶靠接触在一起，之后控制静态剪切作动器的活塞杆以0.1mm/min的速率伸出，对上半剪切盒施加竖直载荷，进而通过上半剪切盒及下半剪切盒对拉应力状态下的锚杆施加静态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据，直至锚杆断裂，保存实验数据，实验结束。
当进行拉应力状态下的动态剪切实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆与下半剪切盒和上半剪切盒充分接触；
步骤二：将锚杆一端通过锁具固定在静态拉伸框架上，锚杆另一端由静态拉伸夹具夹持固定；
步骤三：将起吊钢索与配重铁块连接在一起，通过起吊钢索向上吊起配重铁块，配重铁块上升过程沿着配重铁块导向滑轨移动，直到配重铁块与上方的电磁铁顶靠接触在一起；
步骤四：启动电磁铁，在电磁吸力作用下，配重铁块被吸附固定到电磁铁上，之后解除起吊钢索与配重铁块的连接；
步骤五：沿着静态拉伸框架滑移导轨移动静态拉伸框架，锚杆及剪切盒机构则随着静态拉伸框架同步移动，直到上半剪切盒位于配重铁块的正下方，之后将静态拉伸框架锁定到底座上；
步骤六：启动静态拉伸作动器，控制静态拉伸作动器的活塞杆以1kN/s的速率回缩，对锚杆施加拉应力；
步骤七：控制电磁铁断电，解除电磁吸力，配重铁块在重力作用下沿着配重铁块导向滑轨快速下坠，直至撞击到下方的上半剪切盒，撞击力会通过上半剪切盒及下半剪切盒对拉应力状态下的锚杆施加动态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据；
步骤八：重复步骤三、步骤四及步骤七，直至锚杆断裂，锚杆断裂后，配重铁块会带着断裂后的前半段锚杆及上半剪切盒继续下坠，直到配重铁块撞击到配重缓冲块，保存实验数据，实验结束。
本发明的有益效果：
本发明的锚杆静动拉剪综合实验装置，能够在同一台设备内完成锚杆静态拉伸实验、锚杆静态剪切实验、锚杆动态拉伸实验、锚杆动态剪切实验、拉应力状态下的锚杆静态剪切实验、拉应力状态下的锚杆动态剪切实验，实现了一机多用，仅通过一台设备就可以满足锚杆综合性能指标的测试，有效节约了设备采购成本和实验成本。
附图说明
图1为本发明的一种锚杆静动拉剪综合实验装置的立体图；
图2为本发明的一种锚杆静动拉剪综合实验装置的侧视图；
图3为本发明的一种锚杆静动拉剪综合实验装置的正视图；
图4为本发明的剪切盒机构的结构示意图；
图中，1—底座，2—静态拉伸框架，3—静态拉伸作动器，4—静态拉伸负荷传感器，5—静态拉伸夹具，6—静态拉伸框架滑移导轨，7—下半剪切盒，8—上半剪切盒，9—位移传感器，10—静态剪切框架，11—静态剪切作动器，12—静态剪切负荷传感器，13—动态拉剪框架，14—电磁铁，15—配重铁块，16—动态拉剪负荷传感器，17—动态拉伸夹具，18—起吊钢索，19—配重铁块导向滑轨，20—配重缓冲块，21—锚杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～4所示，一种锚杆静动拉剪综合实验装置，包括底座1、静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构、动态拉剪执行机构及剪切盒机构；所述静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构及动态拉剪执行机构设置在底座1上，所述剪切盒机构设置在静态拉伸执行机构上，所述静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构、动态拉剪执行机构及剪切盒机构分布在同一条直线上。
所述静态拉伸执行机构包括静态拉伸框架2、静态拉伸作动器3、静态拉伸负荷传感器4、静态拉伸夹具5；所述静态拉伸框架2采用矩形结构；在所述底座1上表面水平设置有静态拉伸框架滑移导轨6，所述静态拉伸框架滑移导轨6采用平行双轨结构；所述静态拉伸框架2设置在静态拉伸框架滑移导轨6上，静态拉伸框架2在静态拉伸框架滑移导轨6上具有直线移动自由度；所述静态拉伸作动器3水平固装在静态拉伸框架2上，静态拉伸作动器3的活塞杆与静态拉伸框架滑移导轨6相平行；所述静态拉伸作动器3的活塞杆延伸至静态拉伸框架2内侧，所述静态拉伸负荷传感器4同轴固装在静态拉伸作动器3的活塞杆端部；所述静态拉伸夹具5同轴安装在静态拉伸负荷传感器4上；所述剪切盒机构设置在静态拉伸框架2内侧中部，剪切盒机构与静态拉伸夹具5正对设置；所述剪切盒机构包括下半剪切盒7、上半剪切盒8及位移传感器9；所述下半剪切盒7固定安装在静态拉伸框架2上，所述上半剪切盒8位于下半剪切盒7上方，所述位移传感器9连接在下半剪切盒7与上半剪切盒8之间。
所述静态剪切执行机构包括静态剪切框架10、静态剪切作动器11及静态剪切负荷传感器12；所述静态剪切框架10采用龙门结构，静态剪切框架10竖直固装在底座1上，静态剪切框架10跨装在静态拉伸框架滑移导轨6上方；所述静态剪切作动器11竖直固装在静态剪切框架10的横梁上，静态剪切作动器11的活塞杆竖直朝向延伸至静态剪切框架10内侧；所述静态剪切负荷传感器12同轴固装在静态剪切作动器11的活塞杆端部。
所述动态拉剪执行机构包括动态拉剪框架13、电磁铁14、配重铁块15、动态拉剪负荷传感器16、动态拉伸夹具17及起吊钢索18；所述动态拉剪框架13采用龙门结构，动态拉剪框架13竖直固装在底座1上，动态拉剪框架13跨装在静态拉伸框架滑移导轨6上方；所述电磁铁14固定吊装在动态拉剪框架13的横梁下方，在电磁铁14的中心开设有锚杆穿行孔；所述配重铁块15位于电磁铁14下方，配重铁块15与电磁铁14磁吸配合，在配重铁块15的中心也开设有锚杆穿行孔；所述动态拉剪负荷传感器16位于配重铁块15下方，在动态拉剪负荷传感器16的中心也开设有锚杆穿行孔；所述动态拉伸夹具17同轴安装在动态拉剪负荷传感器16上；所述起吊钢索18连接在配重铁块15顶端；在所述动态拉剪框架13的立柱上竖直设置有配重铁块导向滑轨19，配重铁块导向滑轨19采用平行双轨结构，配重铁块15沿配重铁块导向滑轨19具有竖直移动自由度；在所述配重铁块导向滑轨19的底部设置有配重缓冲块20。
当进行锚杆静态拉伸实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆21从剪切盒机构中穿过，剪切盒机构不启用，锚杆21与下半剪切盒7和上半剪切盒8不接触；
步骤二：将锚杆21一端通过锁具固定在静态拉伸框架2上，锚杆21另一端由静态拉伸夹具5夹持固定；
步骤三：启动静态拉伸作动器3，控制静态拉伸作动器3的活塞杆以0.1mm/min的速率回缩，对锚杆21施加静态拉伸载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据，直至锚杆21断裂，保存实验数据，实验结束。
当进行锚杆静态剪切实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆21从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆21与下半剪切盒7和上半剪切盒8充分接触；
步骤二：将锚杆21一端通过锁具固定在静态拉伸框架2上，锚杆21另一端由静态拉伸夹具5夹持固定；
步骤三：沿着静态拉伸框架滑移导轨6移动静态拉伸框架2，锚杆21及剪切盒机构则随着静态拉伸框架2同步移动，直到上半剪切盒8位于静态剪切作动器11及静态剪切负荷传感器12的正下方，之后将静态拉伸框架2锁定到底座1上；
步骤四：启动静态剪切作动器11，先控制静态剪切作动器11的活塞杆以100mm/min的速率伸出，直到静态剪切负荷传感器12与下方的上半剪切盒8顶靠接触在一起，之后控制静态剪切作动器11的活塞杆以0.1mm/min的速率伸出，对上半剪切盒8施加竖直载荷，进而通过上半剪切盒8及下半剪切盒7对锚杆21施加静态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据，直至锚杆21断裂，保存实验数据，实验结束。
当进行锚杆动态拉伸实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆21从动态拉剪框架13的顶部横梁上竖直***，使锚杆21依次穿过电磁铁14、配重铁块15及动态拉剪负荷传感器16中心处的锚杆穿行孔，之后将锚杆21上端通过锁具固定在动态拉剪框架13上，将动态拉伸夹具17夹持固定在锚杆21下端；
步骤二：将起吊钢索18与配重铁块15连接在一起，通过起吊钢索18向上吊起配重铁块15，配重铁块15上升过程沿着配重铁块导向滑轨19移动，直到配重铁块15与上方的电磁铁14顶靠接触在一起；
步骤三：启动电磁铁14，在电磁吸力作用下，配重铁块15被吸附固定到电磁铁14上，之后解除起吊钢索18与配重铁块15的连接；
步骤四：控制电磁铁14断电，解除电磁吸力，配重铁块15在重力作用下沿着配重铁块导向滑轨19快速下坠，直至撞击到下方的动态拉剪负荷传感器16，撞击力会依次通过动态拉剪负荷传感器16和动态拉伸夹具17传递至锚杆21，进而通过撞击力对锚杆21施加动态拉伸载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据；
步骤五：重复步骤二至步骤四，直至锚杆21断裂，锚杆21断裂后，配重铁块15会带着断裂后的下半段锚杆21、动态拉剪负荷传感器16及动态拉伸夹具17继续下坠，直到配重铁块15撞击到配重缓冲块20，保存实验数据，实验结束。
当进行锚杆动态剪切实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆21从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆21与下半剪切盒7和上半剪切盒8充分接触；
步骤二：将锚杆21一端通过锁具固定在静态拉伸框架2上，锚杆21另一端由静态拉伸夹具5夹持固定；
步骤三：将起吊钢索18与配重铁块15连接在一起，通过起吊钢索18向上吊起配重铁块15，配重铁块15上升过程沿着配重铁块导向滑轨19移动，直到配重铁块15与上方的电磁铁14顶靠接触在一起；
步骤四：启动电磁铁14，在电磁吸力作用下，配重铁块15被吸附固定到电磁铁14上，之后解除起吊钢索18与配重铁块15的连接；
步骤五：沿着静态拉伸框架滑移导轨6移动静态拉伸框架2，锚杆21及剪切盒机构则随着静态拉伸框架2同步移动，直到上半剪切盒8位于配重铁块15的正下方，之后将静态拉伸框架2锁定到底座1上；
步骤六：控制电磁铁14断电，解除电磁吸力，配重铁块15在重力作用下沿着配重铁块导向滑轨19快速下坠，直至撞击到下方的上半剪切盒8，撞击力会通过上半剪切盒8及下半剪切盒7对锚杆21施加动态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据；
步骤七：重复步骤三、步骤四及步骤六，直至锚杆21断裂，锚杆21断裂后，配重铁块15会带着断裂后的前半段锚杆21及上半剪切盒8继续下坠，直到配重铁块15撞击到配重缓冲块20，保存实验数据，实验结束。
当进行拉应力状态下的静态剪切实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆21从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆21与下半剪切盒7和上半剪切盒8充分接触；
步骤二：将锚杆21一端通过锁具固定在静态拉伸框架2上，锚杆21另一端由静态拉伸夹具5夹持固定；
步骤三：沿着静态拉伸框架滑移导轨6移动静态拉伸框架2，锚杆21及剪切盒机构则随着静态拉伸框架2同步移动，直到上半剪切盒8位于静态剪切作动器11及静态剪切负荷传感器12的正下方，之后将静态拉伸框架2锁定到底座1上；
步骤四：启动静态拉伸作动器3，控制静态拉伸作动器3的活塞杆以1kN/s的速率回缩，对锚杆21施加拉应力；
步骤五：启动静态剪切作动器11，先控制静态剪切作动器11的活塞杆以100mm/min的速率伸出，直到静态剪切负荷传感器12与下方的上半剪切盒8顶靠接触在一起，之后控制静态剪切作动器11的活塞杆以0.1mm/min的速率伸出，对上半剪切盒8施加竖直载荷，进而通过上半剪切盒8及下半剪切盒7对拉应力状态下的锚杆21施加静态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据，直至锚杆21断裂，保存实验数据，实验结束。
当进行拉应力状态下的动态剪切实验时，包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆21从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆21与下半剪切盒7和上半剪切盒8充分接触；
步骤二：将锚杆21一端通过锁具固定在静态拉伸框架2上，锚杆21另一端由静态拉伸夹具5夹持固定；
步骤三：将起吊钢索18与配重铁块15连接在一起，通过起吊钢索18向上吊起配重铁块15，配重铁块15上升过程沿着配重铁块导向滑轨19移动，直到配重铁块15与上方的电磁铁14顶靠接触在一起；
步骤四：启动电磁铁14，在电磁吸力作用下，配重铁块15被吸附固定到电磁铁14上，之后解除起吊钢索18与配重铁块15的连接；
步骤五：沿着静态拉伸框架滑移导轨6移动静态拉伸框架2，锚杆21及剪切盒机构则随着静态拉伸框架2同步移动，直到上半剪切盒8位于配重铁块15的正下方，之后将静态拉伸框架2锁定到底座1上；
步骤六：启动静态拉伸作动器3，控制静态拉伸作动器3的活塞杆以1kN/s的速率回缩，对锚杆21施加拉应力；
步骤七：控制电磁铁14断电，解除电磁吸力，配重铁块15在重力作用下沿着配重铁块导向滑轨19快速下坠，直至撞击到下方的上半剪切盒8，撞击力会通过上半剪切盒8及下半剪切盒7对拉应力状态下的锚杆21施加动态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据；
步骤八：重复步骤三、步骤四及步骤七，直至锚杆21断裂，锚杆21断裂后，配重铁块15会带着断裂后的前半段锚杆21及上半剪切盒8继续下坠，直到配重铁块15撞击到配重缓冲块20，保存实验数据，实验结束。
在上述所有实验中，测试用的锚杆21均选用直径为22mm、长度为2200mm的左旋精轧螺纹钢。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种锚杆静动拉剪综合实验装置，其特征在于：包括底座、静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构、动态拉剪执行机构及剪切盒机构；所述静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构及动态拉剪执行机构设置在底座上，所述剪切盒机构设置在静态拉伸执行机构上，所述静态拉伸执行机构、静态剪切执行机构、动态拉剪执行机构及剪切盒机构分布在同一条直线上。
2.根据权利要求1所述的一种锚杆静动拉剪综合实验装置，其特征在于：所述静态拉伸执行机构包括静态拉伸框架、静态拉伸作动器、静态拉伸负荷传感器、静态拉伸夹具；所述静态拉伸框架采用矩形结构；在所述底座上表面水平设置有静态拉伸框架滑移导轨，所述静态拉伸框架滑移导轨采用平行双轨结构；所述静态拉伸框架设置在静态拉伸框架滑移导轨上，静态拉伸框架在静态拉伸框架滑移导轨上具有直线移动自由度；所述静态拉伸作动器水平固装在静态拉伸框架上，静态拉伸作动器的活塞杆与静态拉伸框架滑移导轨相平行；所述静态拉伸作动器的活塞杆延伸至静态拉伸框架内侧，所述静态拉伸负荷传感器同轴固装在静态拉伸作动器的活塞杆端部；所述静态拉伸夹具同轴安装在静态拉伸负荷传感器上；所述剪切盒机构设置在静态拉伸框架内侧中部，剪切盒机构与静态拉伸夹具正对设置；所述剪切盒机构包括下半剪切盒、上半剪切盒及位移传感器；所述下半剪切盒固定安装在静态拉伸框架上，所述上半剪切盒位于下半剪切盒上方，所述位移传感器连接在下半剪切盒与上半剪切盒之间。
3.根据权利要求2所述的一种锚杆静动拉剪综合实验装置，其特征在于：所述静态剪切执行机构包括静态剪切框架、静态剪切作动器及静态剪切负荷传感器；所述静态剪切框架采用龙门结构，静态剪切框架竖直固装在底座上，静态剪切框架跨装在静态拉伸框架滑移导轨上方；所述静态剪切作动器竖直固装在静态剪切框架的横梁上，静态剪切作动器的活塞杆竖直朝向延伸至静态剪切框架内侧；所述静态剪切负荷传感器同轴固装在静态剪切作动器的活塞杆端部。
4.根据权利要求3所述的一种锚杆静动拉剪综合实验装置，其特征在于：所述动态拉剪执行机构包括动态拉剪框架、电磁铁、配重铁块、动态拉剪负荷传感器、动态拉伸夹具及起吊钢索；所述动态拉剪框架采用龙门结构，动态拉剪框架竖直固装在底座上，动态拉剪框架跨装在静态拉伸框架滑移导轨上方；所述电磁铁固定吊装在动态拉剪框架的横梁下方，在电磁铁的中心开设有锚杆穿行孔；所述配重铁块位于电磁铁下方，配重铁块与电磁铁磁吸配合，在配重铁块的中心也开设有锚杆穿行孔；所述动态拉剪负荷传感器位于配重铁块下方，在动态拉剪负荷传感器的中心也开设有锚杆穿行孔；所述动态拉伸夹具同轴安装在动态拉剪负荷传感器上；所述起吊钢索连接在配重铁块顶端；在所述动态拉剪框架的立柱上竖直设置有配重铁块导向滑轨，配重铁块导向滑轨采用平行双轨结构，配重铁块沿配重铁块导向滑轨具有竖直移动自由度；在所述配重铁块导向滑轨的底部设置有配重缓冲块。
5.根据权利要求4所述的一种锚杆静动拉剪综合实验装置，当进行锚杆静态拉伸实验时，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从剪切盒机构中穿过，剪切盒机构不启用，锚杆与下半剪切盒和上半剪切盒不接触；
步骤二：将锚杆一端通过锁具固定在静态拉伸框架上，锚杆另一端由静态拉伸夹具夹持固定；
步骤三：启动静态拉伸作动器，控制静态拉伸作动器的活塞杆以0.1mm/min的速率回缩，对锚杆施加静态拉伸载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据，直至锚杆断裂，保存实验数据，实验结束。
6.根据权利要求4所述的一种锚杆静动拉剪综合实验装置，当进行锚杆静态剪切实验时，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆与下半剪切盒和上半剪切盒充分接触；
步骤二：将锚杆一端通过锁具固定在静态拉伸框架上，锚杆另一端由静态拉伸夹具夹持固定；
步骤三：沿着静态拉伸框架滑移导轨移动静态拉伸框架，锚杆及剪切盒机构则随着静态拉伸框架同步移动，直到上半剪切盒位于静态剪切作动器及静态剪切负荷传感器的正下方，之后将静态拉伸框架锁定到底座上；
步骤四：启动静态剪切作动器，先控制静态剪切作动器的活塞杆以100mm/min的速率伸出，直到静态剪切负荷传感器与下方的上半剪切盒顶靠接触在一起，之后控制静态剪切作动器的活塞杆以0.1mm/min的速率伸出，对上半剪切盒施加竖直载荷，进而通过上半剪切盒及下半剪切盒对锚杆施加静态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据，直至锚杆断裂，保存实验数据，实验结束。
7.根据权利要求4所述的一种锚杆静动拉剪综合实验装置，当进行锚杆动态拉伸实验时，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从动态拉剪框架的顶部横梁上竖直***，使锚杆依次穿过电磁铁、配重铁块及动态拉剪负荷传感器中心处的锚杆穿行孔，之后将锚杆上端通过锁具固定在动态拉剪框架上，将动态拉伸夹具夹持固定在锚杆下端；
步骤二：将起吊钢索与配重铁块连接在一起，通过起吊钢索向上吊起配重铁块，配重铁块上升过程沿着配重铁块导向滑轨移动，直到配重铁块与上方的电磁铁顶靠接触在一起；
步骤三：启动电磁铁，在电磁吸力作用下，配重铁块被吸附固定到电磁铁上，之后解除起吊钢索与配重铁块的连接；
步骤四：控制电磁铁断电，解除电磁吸力，配重铁块在重力作用下沿着配重铁块导向滑轨快速下坠，直至撞击到下方的动态拉剪负荷传感器，撞击力会依次通过动态拉剪负荷传感器和动态拉伸夹具传递至锚杆，进而通过撞击力对锚杆施加动态拉伸载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据；
步骤五：重复步骤二至步骤四，直至锚杆断裂，锚杆断裂后，配重铁块会带着断裂后的下半段锚杆、动态拉剪负荷传感器及动态拉伸夹具继续下坠，直到配重铁块撞击到配重缓冲块，保存实验数据，实验结束。
8.根据权利要求4所述的一种锚杆静动拉剪综合实验装置，当进行锚杆动态剪切实验时，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆与下半剪切盒和上半剪切盒充分接触；
步骤二：将锚杆一端通过锁具固定在静态拉伸框架上，锚杆另一端由静态拉伸夹具夹持固定；
步骤三：将起吊钢索与配重铁块连接在一起，通过起吊钢索向上吊起配重铁块，配重铁块上升过程沿着配重铁块导向滑轨移动，直到配重铁块与上方的电磁铁顶靠接触在一起；
步骤四：启动电磁铁，在电磁吸力作用下，配重铁块被吸附固定到电磁铁上，之后解除起吊钢索与配重铁块的连接；
步骤五：沿着静态拉伸框架滑移导轨移动静态拉伸框架，锚杆及剪切盒机构则随着静态拉伸框架同步移动，直到上半剪切盒位于配重铁块的正下方，之后将静态拉伸框架锁定到底座上；
步骤六：控制电磁铁断电，解除电磁吸力，配重铁块在重力作用下沿着配重铁块导向滑轨快速下坠，直至撞击到下方的上半剪切盒，撞击力会通过上半剪切盒及下半剪切盒对锚杆施加动态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据；
步骤七：重复步骤三、步骤四及步骤六，直至锚杆断裂，锚杆断裂后，配重铁块会带着断裂后的前半段锚杆及上半剪切盒继续下坠，直到配重铁块撞击到配重缓冲块，保存实验数据，实验结束。
9.根据权利要求4所述的一种锚杆静动拉剪综合实验装置，当进行拉应力状态下的静态剪切实验时，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆与下半剪切盒和上半剪切盒充分接触；
步骤二：将锚杆一端通过锁具固定在静态拉伸框架上，锚杆另一端由静态拉伸夹具夹持固定；
步骤三：沿着静态拉伸框架滑移导轨移动静态拉伸框架，锚杆及剪切盒机构则随着静态拉伸框架同步移动，直到上半剪切盒位于静态剪切作动器及静态剪切负荷传感器的正下方，之后将静态拉伸框架锁定到底座上；
步骤四：启动静态拉伸作动器，控制静态拉伸作动器的活塞杆以1kN/s的速率回缩，对锚杆施加拉应力；
步骤五：启动静态剪切作动器，先控制静态剪切作动器的活塞杆以100mm/min的速率伸出，直到静态剪切负荷传感器与下方的上半剪切盒顶靠接触在一起，之后控制静态剪切作动器的活塞杆以0.1mm/min的速率伸出，对上半剪切盒施加竖直载荷，进而通过上半剪切盒及下半剪切盒对拉应力状态下的锚杆施加静态剪切载荷，同步采集载荷数据和锚杆变形数据，直至锚杆断裂，保存实验数据，实验结束。
10.根据权利要求4所述的一种锚杆静动拉剪综合实验装置，当进行拉应力状态下的动态剪切实验时，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将测试用的锚杆从剪切盒机构中穿过，启用剪切盒机构，使锚杆与下半剪切盒和上半剪切盒充分接触；
步骤二：将锚杆一端通过锁具固定在静态拉伸框架上，锚杆另一端由静态拉伸夹具夹持固定；
步骤三：将起吊钢索与配重铁块连接在一起，通过起吊钢索向上吊起配重铁块，配重铁块上升过程沿着配重铁块导向滑轨移动，直到配重铁块与上方的电磁铁顶靠接触在一起；
步骤四：启动电磁铁，在电磁吸力作用下，配重铁块被吸附固定到电磁铁上，之后解除起吊钢索与配重铁块的连接；
步骤五：沿着静态拉伸框架滑移导轨移动静态拉伸框架，锚杆及剪切盒机构则随着静态拉伸框架同步移动，直到上半剪切盒位于配重铁块的正下方，之后将静态拉伸框架锁定到底座上；
步骤六：启动静态拉伸作动器，控制静态拉伸作动器的活塞杆以1kN/s的速率回缩，对锚杆施加拉应力；
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步骤八：重复步骤三、步骤四及步骤七，直至锚杆断裂，锚杆断裂后，配重铁块会带着断裂后的前半段锚杆及上半剪切盒继续下坠，直到配重铁块撞击到配重缓冲块，保存实验数据，实验结束。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |