一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验方法及装置与流程

技术特征：

1.一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)选取试验样块并配备锚杆；

(2)安装测试元件，所述的测试元件包括应变计；

(3)计算加载过程中水泥砂浆的全应力张量；

(4)进行锚固体安全性试验，计算得到锚杆应力、水泥砂浆应力，评估两者的安全性。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验方法，其特征在于：所述步骤(1)中的试验样块的要求是：试验样块是与现场围岩条件相同的大尺度岩块，或者，试验样块是与现场围岩强度保持一致的混凝土试块。

3.根据权利要求1所述的一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验方法，其特征在于：所述步骤(1)中的锚杆长度大于1.5m，灌注砂浆类型和配比与现场保持一致。

4.根据权利要求1所述的一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验方法，其特征在于：所述步骤(2)中的应变计采用单片应变计顺轴向粘贴，并布置在试验样块的相同高度处。

5.根据权利要求1所述的一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验方法，其特征在于：所述步骤(2)中的测试元件还包括预埋在水泥砂浆内的应变砖，应变砖上等间距地布置三组应变花，每个应变花包括四个应变片，三组应变花在锚杆杆体上均匀布置且互成120°夹角。

6.根据权利要求1所述的一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验方法，其特征在于：所述步骤(3)中计算全应力张量的过程是：

在应变砖上嵌固的3组应变花，序号用i表示，对应的极角为θ_i；每组应变花由4个应变片组成，用序号用j表示，对应的角度为ψ_ij；

根据应变观测值ε_k与岩体应力状态的关系，可得到下列观测值方程组(式1)：

Eε_k＝A_k1σ_x+A_k2σ_y+A_k3σ_z+A_k4τ_xy+A_k5τ_yz+A_k6τ_zx (式1)，

式中：

k＝4(i-1)+j,i＝1～3,j＝1～4

式中K₁、K₂、K₃为应变花并非直接粘贴在钻孔岩壁上的修正系数，它们根据钻孔半径R、岩石(或者混凝土)的弹性模量E、泊松比μ和水泥砂浆的弹性模量E₁、泊松比μ₁按下列计算确定：

K₁＝2d₁(1-μμ₁)(1-μ₁)+μμ₁

K₂＝d₂+d₃μ₁/R²+d₄/R⁴

K₃＝μ₁-2d₁(μ₁-μ)(1-μ₁)/μ，

式中：

d₁＝1/2(1-μ₁)

d₂＝(1+χ₁)/D

d₃＝-4R²(1+χ₁)/D

d₄＝3R²(1+χ₁)/D

D＝(1+χ₁)²

ζ＝G₁/G＝[E₁(1+μ)]/[E(1+μ₁)]，

χ＝3-4μ,χ₁＝3-4μ₁

应变砖一次测量可获得12个观测值方程，解6个应力分量的未知量，利用最小二乘法原理，得到求解应力分量最佳值的正规方程组(式2)，即可获得水泥砂浆的全应力张量。

7.根据权利要求1所述的一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验方法，其特征在于：所述锚固体安全性试验具体包括以下步骤：在大尺度岩块或者混凝土试块中钻孔，并灌注水泥砂浆，在钻孔中埋设应变砖和应变计，将黏贴有应变计的锚杆放入钻孔中，控制应变砖和应变计在同一水平线，在岩块中间位置两侧布置千斤顶，利用千斤顶对岩块施加荷载(为了保证岩块的完整，可以增加承压钢板)直至锚杆与砂浆脱离，记录下此时的千斤顶读数、锚杆应变计读数和砂浆应变砖读数，计算得到锚杆应力、水泥砂浆应力，评估两者的安全性。

8.一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验装置，其特征在于：包括试验样块，所述试验样块为取自现场的岩块或模拟现场的混凝土试块，所述试验样块的中部设有钻孔，所述钻孔内布置待试验的摩擦型锚杆，所述摩擦型锚杆上设有应变计，所述摩擦型锚杆和所述试验样块之间采用水泥砂浆灌注填充，所述的水泥砂浆内预埋有应变砖，所述应变计和应变砖位于同一水平线上，所述摩擦型锚杆两侧的试验样块中开凿出一定的空间，该空间内安装有千斤顶，所述千斤顶上方设有承压钢板。

9.根据权利要求8所述的一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验装置，其特征在于：所述应变计为单片应变片，所述单片应变片布置在所述试验样块的相同高度处并沿所述摩擦型锚杆的轴向粘贴在其外表面上。

10.根据权利要求8所述的一种摩擦型锚杆锚固体安全性试验装置，其特征在于：所述应变砖上等间距地环向布置四组应变花，每个应变花包括四个应变片，应变花在锚杆杆体均匀环向布置，互成120°角。