一种用于检测锚杆支护应力扩散范围的检测装置及方法与流程

本发明涉及锚固技术领域，具体涉及一种用于检测锚杆支护应力扩散范围的检测装置及方法。

背景技术：

近10年来，我国地下工程建设迅猛发展。在隧道与地下工程发展的过程中及施工过程中时常会遇到各式各样的复杂地质和环境条件，如高应力环境下的硬岩岩爆、软岩大变形问题、腐蚀环境等等。对于这些问题，锚固技术无疑是一种很好的解决方法。锚杆支护是通过围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在洞室周围形成一个整体而又稳定的岩石带，利用锚杆与围岩共同作用，达到维护洞室稳定的目的。锚杆支护属于一种积极防御的支护方法，其具有支护效果优良、用料省、施工简单、有利于机械化操作、施工速度快等优点，近年来广泛应用于地下工程支护领域，对于降低成本和减少事故发挥了重要作用。

技术实现要素：

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种用于检测锚杆支护应力扩散范围的检测装置及方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种用于检测锚杆支护应力扩散范围的检测装置，其包括试验架和应力测试组件，试验架上设置有用于盛装填土层的凹槽，凹槽上开设有用于安装锚杆的安装孔；应力测试组件包括若干测力传感器，且所有的测力传感器均匀的设置于凹槽内，若干测力传感器均与数据采集器电连接。

进一步地，测力传感器以安装孔的一个端部为中心在凹槽内成扇形均匀分布。

进一步地，凹槽内设置有至少三层在水平方向上成扇形分布的测力传感器，且每层测力传感器之间的间距相等。

一种用于检测锚杆支护应力扩散范围的检测装置的检测方法，其包括以下步骤：

s1：搭建试验架，并且将试验架进行固定；

s2：试验架固定好后，将锚杆插入试验架上的安装孔内，再向试验架的凹槽内均匀地填充三层填土层，且三层填土层在水平方向成扇形分布；在每层填土层之间埋设若干个测力传感器，并使若干测力传感器以锚杆插入安装孔的插入点为中心成扇形均匀分布；

s3：接着，将锚杆垫板安装在锚杆上，使锚杆垫板与锚杆插入点处的填土层接触，再安装上用于锁紧锚杆和锚杆垫板的锁紧螺母；

s4：完成步骤s3后，将若干测力传感器均与数据采集器电连接；

s5：再通过旋紧锁紧螺母，将锚杆垫板与锚杆进行锁紧，采集数据采集器上的数据变化信息。

进一步地，还包括步骤s6：向锚杆内灌注水泥浆，并记录灌注水泥浆过程中的数据采集器上的数据变化。

本发明的有益效果为：锁紧螺母锁紧锚杆垫板与锚杆的过程中，锚杆垫板产生应力挤压填土层，锚杆垫板上的应力向填土层内分布发散，测力传感器对应力进行检测，并通过数据采集器对数据进行检测和数据收集，通过读取数据采集器上的数据，即可得知岩层内不同位置所受到的应力大小的不同。

若干的测力传感器成均匀的扇形分布，使其对应力的检测更加全面、可靠；锚杆采用中空管结构，并且向锚杆内灌注水泥浆，使得水泥浆天充满锚杆与填土层之间的间隙，增强锚杆的支护性能，这样可以进一步得出应力的变化情况，增加试验数据的可靠性。

本发明的检测装置结构简单，通过对锚杆支护过程的应力检测，能够全面地了解锚杆垫板与锚杆对岩土的应力状况，进而可以帮助在实际工程运用中，科学合理地布设锚杆；并且该测试方法简单，操作便捷，且测试结果快速、准确；可广泛应用于交通、水利、矿山等工程领域。

附图说明

图1为用于检测锚杆支护应力扩散范围的检测装置的结构示意图。

图2为用于检测锚杆支护应力扩散范围的检测装置的俯视图。

图3为测力传感器在填土层上的布设示意图。

其中，1、锚杆，2、水泥浆，3、测力传感器，4、填土层，5、锚杆垫板，6、锁紧螺母，7、数据采集器。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1和图3所示，用于检测锚杆支护应力扩散范围的检测装置包括试验架和应力测试组件，试验架上设置有用于盛装填土层4的凹槽，凹槽采用扇形柱体结构；从凹槽的侧面上设置有用于安装锚杆1的安装孔；应力测试组件包括若干测力传感器3，且所有的测力传感器3均匀的设置于凹槽内，若干测力传感器3均与数据采集器7电连接；测力传感器3采用kfg-1-120-d17-11l2m2s型应变片，数据采集器7采用应变仪。

本方案是用于检测锚杆支护过程中应力分布范围的检测装置，将试验架进行固定，锚杆1插入试验架上的安装孔，锚杆垫板5安装在锚杆1上，与填土层4接触，接着锁紧螺母6锁紧锚杆垫板5与锚杆1；在此过程中，锚杆垫板5产生应力挤压填土层4，锚杆垫板5上的应力向填土层4内分布发散，测力传感器3对应力进行检测，并通过应变仪对数据进行检测和数据收集，通过读取数据采集器上的数据，即可得知岩层内不同位置所受到的应力大小的不同。

如图2所示，本方案优选凹槽内设置有三层成扇形均与分布的测力传感器3，且每层测力传感器3之间的间距相等，这样使测力传感器3对填土层4内发散的应力检测更加全面、可靠。

通过上述的用于检测锚杆支护应力扩散范围的检测装置的检测方法包括以下步骤：

s1：搭建试验架，并且将试验架进行固定；

s2：试验架固定好后，将锚杆1插入试验架上的安装孔内，再向试验架的凹槽内均匀地填充三层填土层4，且三层填土层4在水平方向成扇形分布；在每层填土层4与填土层4之间埋设若干个测力传感器3，并使若干测力传感器3以锚杆1插入安装孔的插入点为中心成扇形均匀分布；

s3：接着，将锚杆垫板5安装在锚杆1上，使锚杆垫板5与锚杆1插入点处的填土层4接触，再安装上用于锁紧锚杆1和锚杆垫板5的锁紧螺母6；

s4：将若干测力传感器3与数据采集器7电连接；

s5：再通过旋紧锁紧螺母6，将锚杆垫板5与锚杆1进行锁紧，采集数据采集器7上的数据变化信息；

s6：最后向锚杆1内灌注水泥浆2，再记录在灌注水泥浆2的过程中数据采集器7上的数据变化情况。

向锚杆1内灌注水泥浆2，使得水泥浆2填充满锚杆1与填土层4之间的间隙，增强锚杆1的支护性能，得出水泥浆2对锚杆支护应力的影响情况，这样可以进一步提高试验数据的准确性。

本发明的检测装置结构简单，检测方法准确、可靠，通过对锚杆支护过程的应力检测，能够全面地了解锚杆垫板5与锚杆1对岩土的应力状况，进而可以帮助在实际工程运用中，科学合理地布设锚杆1；并且该测试方法简单，操作便捷，且测试结果快速、准确；可广泛应用于交通、水利、矿山等工程领域。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于检测锚杆支护应力扩散范围的检测装置，其包括试验架和应力测试组件，试验架上设置有用于盛装填土层的凹槽，凹槽上开设有用于安装锚杆的安装孔；应力测试组件包括若干测力传感器，且所有的测力传感器均匀的设置于凹槽内，若干测力传感器均与数据采集器电连接。检测方法包括步骤S1‑S6。本发明的检测装置结构简单，通过对锚杆支护过程的应力检测，能够全面地了解锚杆垫板与锚杆对岩土的应力状况，进而可以帮助在实际工程运用中，科学合理地布设锚杆；并且该测试方法简单，操作便捷，且测试结果快速、准确；可广泛应用于交通、水利、矿山等工程领域。

技术研发人员：汪波;金辉;宋梦阳;全晓娟
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2018.07.27
技术公布日：2018.12.07