一种研究离层对锚杆作用荷载的试验装置以及制作方法与流程

本发明属于力学研究技术领域，尤其是涉及一种研究离层对锚杆作用荷载的试验装置以及制作方法。

背景技术：

离层对锚杆产生荷载作用，为确定离层在发展过程中杆体的应力分布形式及破坏规律，应进行试验测试，然而现场测试难度较大，首先很难确定出离层的位置及离层值大小，其次围岩环境复杂，影响因素过多，试验离散性较大。室内试验作为一种有效的研究手段，可以验证理论模型的正确性和适用性。试验的关键点是预留离层，并将试块分离，本发明从设计的试块形状着手，对试块进行加固，采用千斤顶将加载将试块分离，并设置位移监测系统，应力监测系统，组成了完整性试验。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、操作简单、试验数据可靠性高的研究离层对锚杆作用荷载的试验装置以及制作方法。

本发明的技术方案是：本发明的一种研究离层对锚杆作用荷载的试验装置，所述试验装置包括“工”字型的试块，所述试块的水平对称面上设有预留缝隙，“工”字型试块的竖直段内设贴有应变片的锚杆，所述锚杆的两端分别延伸至试块的上下两侧；

所述“工”字型试块的左右各形成一个凹槽，所述凹槽内用于放置带有第一千分表的液压千斤顶，所述试块的前后两侧均设有加固钢架，所述加固钢架沿凹槽的边角位置设置，所述凹槽内上下两面均设有加固钢板；

所述试块上还设有位移量测系统。

优选的，所述锚杆与预留缝隙之间的夹角为60°或90°。

优选的，所述加固钢架由钢板及角钢焊接成的。

优选的，所述加固钢板呈“凹”字形，并延伸至锚杆的前后两侧。

优选的，所述锚杆设有三个，所述位移量测系统的第二千分表对应中间的锚杆设置。

优选的，任一锚杆上设有6个应变片，其中3个位于预留缝隙的顶端，3个位于预留缝隙的底端。

优选的，所述位移量测系统包括试块前侧设有两个第二千分表，两个第二千分表通过定位钢板固定在预留缝隙的上下两侧。

本发明的另一方面，还包括一种研究离层对锚杆作用荷载的试验装置的制作方法，其包括以下步骤：

(1)模具制作：根据“工”字型的试块制作相应的模具，模具采用木模板，模具底部设置泡沫板，在底部泡沫板设计位置处插入PVC管，预留钻孔为后续的注浆锚固做好准备；

(2)混凝土试块制作：将混凝土分层浇筑到步骤(1)制作的模具内，浇筑分两部分，底层浇至预留缝隙位置停留小时，铺一层塑料纸，再浇筑上侧，试块达到初凝后将PVC管拔出，试块硬化拆模后，送往温度标准养护室时行养护；

利用钢板及角钢焊接成的加固钢架对千斤顶加载部位进行局部加固；

(3)锚杆贴应变片：将钢筋上需要贴应变片的位置打磨光滑，贴好应变片，用环氧树脂做防水处理；

(4)锚固剂制作：制作锚固剂，可直接灌入到钻孔中，再将测试锚杆插入，等待锚固剂凝固，贴有应变片的锚杆即固定在“工”字型的试块内部；

(5)位移量测系统设置：测试位移的第二千分表通过定位钢板固定在试块上，预留缝隙上下两侧各安装一个，测两个第二千分表的位移之和，两侧锚杆处的位移则通过塞尺量测，最后取平均值进行数据分析。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、岩石材料采用自制混凝土试块模拟，为使试块分离，需要对试块加载，加载选用千斤顶将试块顶开，为加载方便，试块做成“工字型”。

2、可通过在锚杆上贴应变片，监测离层引起的锚杆附加应力分布规律；可研究离层作用下锚杆的受力过程，及破坏规律，可研究2种不同工况下，锚杆的应力分布：一种是锚杆与离层垂直，一种是锚杆与离层呈一定角度，研究锚杆受拉、受拉剪2种不同情况的应力分布及破坏规律。

3、通过记录荷载和裂缝张开量值，得出离层值大小和锚杆轴力的关系，并与理论模型的关系曲线进行对比。

附图说明

图1是本发明试验装置的结构示意图(锚杆与预留缝隙呈90°角)。

图2是本发明试验装置的结构示意图(锚杆与预留缝隙呈60°角)。

图3是加固钢板的设置结构示意图。

图4是本发明试验装置的前视图(锚杆与预留缝隙呈90°角)。

图5是本发明试验装置的前视图(锚杆与预留缝隙呈60°角)。

图6是模具结构示意图。

图7是锚杆与应变片的连接结构示意图。

图8是试块的结构示意图。

图9是第二千分表的装配结构示意图(省略液压千斤顶、加固钢架、加固钢板)

图中：

1-试块，2-预留缝隙，3-锚杆，4-凹槽，5-液压千斤顶，6-第一千分表，7-垫板，8-第二千分表，9-加固钢架，10-加固钢板，11-模具，12-泡沫板，13-PVC管，14-应变片，15-定位钢板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

如图1-5所示，本发明的一种研究离层对锚杆作用荷载的试验装置，所述试验装置包括“工”字型的试块1，试块1的底端设有垫板7，所述试块1内设贴有应变片的锚杆3，所述试块1的中间位置设有水平延伸的预留缝隙2，所述试块的左右凹槽4用于放置带有第一千分表6的液压千斤顶5，所述试块1的前后两侧设有钢板及角钢焊接成的加固钢架9，所述加固钢架9沿凹槽的边角位置设置，所述凹槽的上下两端均设有“凹”字形的加固钢板10。

所述锚杆与预留缝隙之间的夹角为90°或60°。

本发明的一种研究离层对锚杆作用荷载的试验装置的制作方法，包括以下步骤：

(1)模具制作

如图6所示，根据“工”字型的试块的制作相应的模具11，模具采用木模板，木模版具有以下优点：板面平整光滑，可锯，可钻，拆装方便，操作简单，制作速度快，脱模方便且成本低。根据图3所给尺寸，制作模具。为方便确定锚杆位置，模具底部设置泡沫板12，在底部泡沫板设计位置处插入PVC管13，PVC管的高度高于“工”字型的试块的高度，预留钻孔为后续的注浆锚固做好准备。

(2)混凝土试块制作

混凝土标号为C30，按照配合比设计要求(水∶水泥∶砂∶石子＝0.38∶1∶1.11∶2.72) 称重，将称好的水泥和砂子加水搅拌，最后再加入石子充分搅拌。将混凝土分层浇筑到步骤(1)制作的模具内，浇筑分两部分，底层浇至预留缝隙位置停留2小时，铺一层塑料纸，再浇筑上侧。试块达到初凝后将PVC管拔出，试块硬化拆模后，应及时送往温度20±3℃、湿度为90％以上的标准养护室时行养护，养护好的试块如图8所示。

混凝土又名人工石，性质类似于岩石，是脆性材料，抗压但不抗拉、不抗剪，因此对试块外还需进行加固，通过钢板及角钢焊接成的加固钢架对千斤顶加载部位进行局部加固，加固后的试块如图4-5所示。

(3)锚杆贴应变片

如图7所示，将钢筋上需要贴应变片14的位置打磨光滑，光滑处的面积为5mm×10mm。在长度60cm的螺纹钢筋上贴好应变片14，用环氧树脂做防水处理。箔应变片大小为2mm×3mm，每根贴6个，上下两侧各贴3个，使得每根锚杆上均有3个应变片位于预留缝隙上侧，3个应变片位于预留缝隙的下侧。

(4)锚固剂制作

根据辅助试验确定使用G型植筋料作为锚杆锚固剂，将G型料按照一定比例与水拌和，该料流动性好，可直接灌入到钻孔中，再将测试锚杆插入，等待锚固剂凝固，贴有应变片的锚杆即固定在“工”字型的试块内部。

(5)位移量测系统设置

如图9所示，测试位移的第二千分表8设置在中间锚杆位置处，在试块1上钉定位钢板15，将第二千分表8安装在固定在定位钢板15上，预留缝隙上下两侧各安装一个，测两个第二千分表8的位移之和。两侧锚杆处的位移则通过塞尺量测，最后取平均值进行数据分析。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。