专利名称：一种地下工程模型试验用预应力锚杆及施作方法
技术领域：
本发明涉及一种地质力学模型试验技术，尤其涉及一种地下工程模型试验用预应力锚杆及施作方法。
背景技术：
地质力学模型试验是根据相似理论将实际工程转换为室内模型进行试验模拟，其有利于在复杂的试验过程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象的内在联系，其中，地下工程模型试验是对隧道、煤巷等地下工程进行仿真模拟，指导地下工程设计和施工的一种有效方法和手段。在地下工程模型试验中，洞室开挖后，需要模拟洞室的支护如模拟锚杆支护，但目前模型试验用锚杆的制作和施作技术尚未成熟，特别对于模拟实际工程中的预应力锚杆还缺乏有效手段，模型试验中难以真实反映实际工程中预应力锚杆的支护作用，降、低了模型试验的准确性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种有效的地下工程模型试验用预应力锚杆及施作方法，以解决模型试验中预应力锚杆的模拟问题。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案
一种地下工程模型试验用预应力锚杆，包括杆体、托盘、弹簧、螺母；所述托盘为两个，托盘和螺母依次套在杆体上，弹簧也套在杆体上，处于两个托盘之间。所述杆体为金属杆体，其根据模型试验相似比尺确定尺寸和比选材料。杆体一端设置有与螺母相对应的螺纹，在杆体另一端涂有粘结剂，所述粘结剂能够粘结杆体和模型体。一种地下工程模型试验用预应力锚杆的施作方法，包括以下步骤
(1)钻孔。定位锚杆位置，然后根据锚杆孔设计深度，利用微型气钻在模型体上钻孔；
(2)安装锚杆。将预制好的锚杆置入钻孔内，并保持锚杆静止不动，直至锚杆锚固端与模型体粘结产生锚固力；
(3)施加预应力。锚杆安装完成后，根据弹簧弹力与螺母旋转圈数的关系旋转η圈螺母，从而推动托盘挤压弹簧，此时弹簧由于压缩产生弹力，从而张拉锚杆使其产生预应力并达到设计值。其中，锚杆设计预应力大小等于弹簧产生的弹力大小，其与螺母旋转圈数的关系为
F=KXL ；
式中，F为锚杆设计预应力，K为弹簧刚度，L为螺母旋转η圈时在锚杆上的移动距离，η > O。本发明解决了模型试验中预应力锚杆模拟的问题，具有以下有益效果
(O制作简单，成本低，能满足模型试验批量生产使用的要求；
(2)通过改变杆体材料以及其长度和直径，可以任意调节模型预应力锚杆尺寸，可满足模型试验各种相似比的要求，从而使模型试验锚杆和实际工程锚杆一一对应。(3)通过选择弹簧刚度与长度，可以控制模型预应力锚杆的预应力大小范围，能够满足模型试验各种相似比的要求，真实反映实际工程锚杆的预应力作用。(4)该发明可广泛应用于水利、交通、矿山等地下工程领域的地质力学模型试验研究。
图I为本发明的整体结构示意图。图2为本发明的使用示意图。图例说明1 一杆体；2—托盘；3—弹簧；4一螺母；5—粘结剂；6—钻孔；7—模型体。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。图I中，本实施例的地下工程模型试验用预应力锚杆，包括杆体I、托盘2、弹簧3、螺母4 ;所述托盘2为两个，托盘2和螺母4依次套在杆体I上，弹簧3也套在杆体I上，处于两个托盘2之间；所述杆体I为金属杆体，其根据模型试验相似比尺确定尺寸和比选材料；所述杆体I 一端设置有与螺母4相对应的螺纹，在杆体I另一端涂有粘结剂5，所述粘结剂5能够快速粘结杆体I和模型体7。一种地下工程模型试验用预应力锚杆的施作方法，包括以下步骤
(1)钻孔。定位锚杆位置，然后根据锚杆孔设计深度，利用微型气钻在模型体7上钻孔；
(2)安装锚杆。将预制好的锚杆置入钻孔6内，并保持锚杆静止不动，直至锚杆锚固端与模型体7粘结产生锚固力；
(3)施加预应力。锚杆安装完成后，根据弹簧3弹力与螺母4旋转圈数的关系旋转η圈螺母4，从而推动托盘2挤压弹簧3，此时弹簧3由于压缩产生弹力，从而张拉锚杆使其产生预应力并达到设计值。其中，锚杆设计预应力大小等于弹簧3产生的弹力大小，其与螺母4旋转圈数的关系为=F=KXL ；
式中，F为锚杆设计预应力，K为弹簧3的刚度，L为螺母4旋转η圈时在锚杆上的移动距离，n ^ O0由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。权利要求
1.一种地下工程模型试验用预应力锚杆，其特征是，包括杆体、托盘、弹簧、螺母；所述托盘为两个，托盘和螺母依次套在杆体上，弹簧也套在杆体上，处于两个托盘之间。
2.如权利要求I所述的地下工程模型试验用预应力锚杆，其特征是，所述杆体为金属杆体，其根据模型试验相似比尺确定尺寸和比选材料。
3.如权利要求I所述的地下工程模型试验用预应力锚杆，其特征是，所述杆体一端设置有与螺母相对应的螺纹，在杆体另一端涂有粘结剂，所述粘结剂能够粘结杆体和模型体。
4.如权利要求I所述的地下工程模型试验用预应力锚杆的施作方法，包括以下步骤 (1)钻孔；先定位锚杆位置，然后根据锚杆孔设计深度，利用微型气钻在模型体上钻孔； (2)安装锚杆；将预制好的锚杆置入钻孔内，并保持锚杆静止不动，直至锚杆锚固端与模型体粘结产生锚固力； (3)施加预应力；锚杆安装完成后，根据弹簧弹力与螺母旋转圈数的关系旋转n圈螺母，从而推动托盘挤压弹簧，此时弹簧由于压缩产生弹力，从而张拉锚杆使其产生预应力并达到设计值；其中，锚杆设计预应力大小等于弹簧产生的弹力大小，其与螺母旋转圈数的关系为F=KXL ； 式中，F为锚杆设计预应力，K为弹簧刚度，L为螺母旋转n圈时在锚杆上的移动距离，n > O。
全文摘要
本发明公开了一种地下工程模型试验用预应力锚杆，包括杆体、托盘、弹簧、螺母；所述托盘为两个，托盘和螺母依次套在杆体上，弹簧也套在杆体上，处于两个托盘之间。本发明同时公开了地下工程模型试验用预应力锚杆的施作方法，包括钻孔、安装锚杆以及施加预应力3个步骤。本发明解决了模型试验中预应力锚杆模拟的问题，具有以下优点(1)制作简单，成本低；(2)锚杆尺寸和预应力可调，可满足模型试验各种相似比的要求；(3)可广泛应用于水利、交通、矿山等地下工程领域的地质力学模型试验研究。
文档编号E21D21/00GK102704970SQ20121022104
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者李为腾, 李智, 李术才, 王德超, 王洪涛, 王 琦 申请人:山东大学