一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法，属于力学性能测试技术领域。
【背景技术】
[0002]岩土工程中，采用锚杆或锚索锚固技术，利用锚杆或锚索将破碎或者不稳定岩土体与稳定岩土体连接在一起，来提高工程岩体的整体稳定性，显著节约工程材料，有利于施工安全，已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂的岩土工程问题最有效的方法之一。与喷锚挂网等传统支护方法相比，锚杆或锚索支护可以在岩土体开挖后能及时和快速地提供支护，主动地加固岩土体，有效地控制岩土体变形，保护地层的原有强度、提高软弱或潜在滑动面的抗剪强度，使岩土体应力状态朝稳定方向发展，能有效地防止岩土体坍塌破坏等优点。因此，锚杆或锚索锚固技术广泛应用于矿山、交通、水利水电、地质等隧道、边坡、山体加固工程中。
[0003]现在锚杆或锚索本体的检测主要是采用锚杆或锚索力学性能试验机对锚杆或锚索本体进行拉压、扭转、弯曲及剪切力的试验，由于矿井下情况复杂，锚杆或锚索在井下的受力情况一般也与锚固后的岩石或煤体所受的力的情况相关，锚杆或锚索锚固后会承受拉力、扭力、弯曲力及横向剪切力，目前并没有一种可同时对锚固后的锚杆或锚索(即锚固组合体)进行上述力的试验；采用目前这种试验机会导致锚杆或锚索试验与实际差距较大，使得试验测量的不全面，无法为后续研宄提供数据支持；另外矿井下的岩石或煤体其力学性能和锚杆或锚索锚固后的性能与所处的环境也有密切关系，如温度、湿度、气体的浓度，液体PH值等都会影响锚固组合体的力学性能，只有接近矿井下实际情况才能真正的测量到所需的锚杆组合体的力学性能，便于锚杆或锚索在矿井下的实际应用。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法，可对锚固组合体进行拉压、扭转、弯曲及剪切的力学试验，同时能使锚固组合体处于模拟矿井下的环境进行试验，使试验的情况与实际情况相似，提高试验试样所得数据与矿下实际情况得到的数据更接近。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:该种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，包括锚杆或锚索力学性能试验机、三轴加载装置、数据处理系统、显示装置、报警装置、数据传输装置、扫描监测装置和锚固组合体监测系统，三轴加载装置设置在锚杆或锚索力学性能试验机的一端，所述的三轴加载装置为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置，每个压力装置分别设有一个电磁控制阀并与液压系统连接，电磁控制阀与数据处理系统连接；数据处理系统分别与锚固组合体监测系统、报警装置、显示装置、数据传输装置和扫描监测装置连接。
[0006]进一步，还包括箱体及温度效应试验系统，所述的温度效应试验系统包括温度传感器、热电偶和冷却液喷吹装置，温度传感器、热电偶和冷却液喷吹装置设置在箱体内，温度传感器、热电偶和冷却液喷吹装置分别与数据处理系统连接。增加温度效应试验系统能保证锚固组合体的煤岩试样处于各种温度下进行试验，得出相应的数据。
[0007]进一步，还包括化学效应试验系统，所述的化学效应试验系统包括PH值检测装置，所述的PH值检测装置设置在箱体内，PH值检测装置与数据处理系统连接。增加化学效应试验系统可使锚固组合体的煤岩试样处于各种PH不同的溶液下进行试验，然后得出相应的数据。
[0008]进一步，所述的化学效应试验系统中的箱体设有进气口和出气口，在进气口和出气口处各设有一个气体流量检测装置，箱体内部设有气体浓度检测装置，所述的气体流量检测装置和气体浓度检测装置分别与数据处理系统连接。增加进气口和出气口，可使锚固组合体的煤岩试样处于各种气体情况下进行试验，然后得出相应的数据。
[0009]进一步，还包括光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪，光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪与数据处理系统连接。便于采集的煤岩试样进行组分测定，并进行分类处理。
[0010]进一步，所述的扫描监测装置可以为红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合；采用不同的监测装置可得出锚固组合体内部的各种情况，便于后续的研宄。
[0011]进一步，所述的锚固组合体监测系统包括锚固组合体轴向监测装置和锚固组合体力学参数采集装置；锚固组合体轴向监测装置可以采集在试验时锚固组合体的轴向载荷和轴向位移数据；锚固组合体力学参数采集装置可以采集在试验时锚固组合体所受的扭矩、扭转切应力、弯矩、剪力、弯曲正应力、弯曲切应力、剪切应力等力学参数，便于后续分析。
[0012]进一步，所述的压力装置为一个或多个液压油缸。
[0013]进一步，所述的液压系统包括六个液压泵，每个液压泵站分别与一个压力装置连接。使用六个液压泵保证每个液压泵供给一个压力装置，便于压力装置的单独控制。
[0014]一种多相多场耦合锚固体组合变形试验方法，具体步骤为:
[0015]1、锚固组合体力学性能试验:
[0016]A.通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪对采集的煤岩试样进行分析，确定各个煤岩试样中各种物质的组分，然后进行分类；由于煤岩试样中各种物质的组分不同会影响煤岩试样的力学性能，通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪分析测定后，划分组分范围，对煤岩试样进行分类，分别进行带有不同煤岩试样的锚固组合体的力学性能试验，提高试验精确度；
[0017]B.将锚杆或锚索按照材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型进行分类，使分类后的锚杆或锚索无差异化；由于锚杆或锚索的材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型的不同都对锚固组合体的力学性能产生影响，因此分类进行试验；
[0018]C.将分类后的煤岩试样与锚索或锚杆固定形成锚固组合体；
[0019]D.将锚固组合体的煤岩试样部分放置在三轴加载装置中，然后调节三轴之间的角度后固定；可任意调节所需的预应力的加载角度；
[0020]E.通过数据处理系统控制三轴加载装置上各个压力装置对煤岩试样施加预应力；由于采用单独控制，这样就可以控制每个压力装置的压力值及施压预应力的时间，同时可单独进行压力的卸载；
[0021]F.锚固组合体的锚杆或锚索部分放置于锚杆或锚索力学性能试验机的锚索试验位置；
[0022]G.锚杆或锚索力学性能试验机对锚固组合体的锚杆或锚索部分进行拉压、扭转、弯曲及剪切的一种或多种组合的力学试验，同时通过数据处理系统控制三轴加载装置上各个压力装置对锚固组合体的煤岩试样部分施加预应力；然后将锚杆或锚索力学性能试验机对锚杆或锚索施加的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力的数据、扫描监测装置采集到的数据及液压系统中各个压力装置的压力值传送给数据处理系统进行分析处理；
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