一种用于锚杆拉拔测试的钻孔模拟装置的制作方法

本实用新型涉及岩土工程支护技术，特别是一种用于实验室内对锚杆(或锚索)进行拉拔测试的钻孔模拟装置。

背景技术：

锚杆支护是以锚杆为主体的支护结构的总和，它是一种结构简单的主动支护方式，具有成本低廉、运输施工方便和控制围岩变形效果好等特点。锚杆支护实现了支护方式的重大变革，能最大限度地保持围岩的完整性和稳定性，能有效地控制围岩的变形、位移和裂缝的发展，充分发挥围岩自身的支撑作用。锚杆自问世起，就引起世界采矿界和地下隧道施工等方面的广泛关注。

锚杆支护系统主要包括支护元件、外部固定和内部固定。其中，支护元件是指杆体；外部固定指托盘和螺母；内部固定对充填型锚杆来说是指充填体(树脂或水泥砂浆)，对摩擦型锚杆来说是指锚杆杆体或锚固体和钻孔壁之间的摩擦行为(锚杆杆体和围岩之间的媒介)。对充填型锚杆，轴向受到拉伸荷载时，荷载沿锚杆传递至充填体中，充填体与围岩之间的接触面承受荷载作用；对摩擦型锚杆，锚杆杆体上的力直接作用在接触面上。因此，针对充填型锚杆，钻孔起到的作用是约束充填体和提供与充填体之间的粘结阻力；针对摩擦型锚杆，钻孔的作用是提供较大的约束力和限制膨胀体的膨胀，产生较大膨胀压，进而提供较大的摩擦力。

对新研制的锚杆需要进行拉拔测试，锚杆的拉拔测试分为现场测试和实验室测试。

现场测试是应用最广泛的锚杆拉拔测试方式。现场测试是在实际生产作业的围岩中施工钻孔，然后在钻孔中安装锚杆，利用拉拔装置对锚杆的锚固力进行测试。如胡建林、张培文的《扩体型锚杆的研制及其抗拔试验研究》；庞有师、刘汉龙、龚医军等的《可回收式锚杆抗拔试验研究》；张四平和陈超的《基于岩层的压力型锚杆抗拔试验研究》等等，均属现场测试。现场测试的优点是施工速度快、成本低；缺点是受现场实验环境限制，钻孔条件难以保证；另外，在现场复杂环境下，很难避开温度、水、岩体结构等因素对测试的影响，难以开展锚杆拉拔力受单一因素影响程度的分析研究；再有，现场施工的钻孔不能观察孔内状况，不利于分析锚杆锚固指标的影响因素。

基于锚杆现场测试存在的上述缺陷，新锚杆试制前期的拉拔测试一般采用实验室测试。锚杆实验室测试多采用一定厚度的钢管来模拟钻孔。如林健等的《在树脂全长锚固锚杆外形尺寸优化实验室研究》、康红普等的《在树脂锚杆锚固性能及影响因素分析》均是采用钢管模拟钻孔。用钢管模拟钻孔的优点是：①钢管强度高，可以用于模拟无限大范围岩体的约束；②钢管来源广泛，易加工。缺点是：①钢管内表面比较光滑，对现场粗糙的孔壁模拟不足，不能很好地模拟锚杆实际的使用工况；②由于采用的是完整的钢管，测试后很难观察到钢管中的锚固剂或锚杆的受力变形情况；③对于树脂锚杆、水泥砂浆锚杆的测试，用于模拟的钢管往往只能一次性使用；④对水力膨胀锚杆、管缝式锚杆等摩擦型锚杆的测试，锚杆拉拔出来后管壁内表面被摩擦的更加光滑，重复使用率低；⑤对于具有自身膨胀力的锚杆(如水力膨胀锚杆、自膨胀锚杆)的测试，因对钻孔的强度要求高，对模拟钻孔的钢管的壁厚要求也相应提高，增加了模拟钻孔钢管的成本消耗。

锚杆的实验室测试，也有利用水泥试件来模拟钻孔的。如张杰的《玻璃钢锚杆拉拔力测试试验方案研究》；隋海波的《锚杆拉拔试验研究》均是利用水泥的可塑性特点浇筑水泥试件，在试件中预制钻孔或开凿钻孔。这种方法的优点是：①可以利用水泥水化变硬的特点，通过不同的灰砂比模拟不同的围岩钻孔；②可以通过在钻孔的孔壁上制造出不同粗糙度的钻孔表面模拟实际生产中的钻孔。缺点是：①混凝土浇筑件养护周期长，劳动强度大，制作成本高；②钻孔不能重复利用；③用于摩擦型锚杆(如水力膨胀锚杆、自膨胀锚杆)的测试，为避免拉拔过程中模拟钻孔的混凝土试件发生破坏，对混凝土钻孔的壁厚和试件的大小要求高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可以模拟锚杆的实际使用工况、可以重复使用、便于观察实验后孔内锚固剂或锚杆受力变形情况的用于锚杆拉拔测试的钻孔模拟装置。

本实用新型提供的用于锚杆拉拔测试的钻孔模拟装置，包括轴向由两个半圆形管壁相互对接构成的对接式钢管，对接式钢管的内壁有用于增加摩擦系数的刻槽；对接式钢管的外壁上套有相互对接的两个半圆形缓冲钢垫片，缓冲钢垫片的外壁上有定位槽，定位槽中有通过螺栓紧固的钢箍。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型钻孔模拟装置采用对接式钢管模拟钻孔，且在钢管的内壁增加提高摩擦系数的刻槽，可以较真实地模拟锚杆的实际使用工况，提高锚杆拉拔测试结果的准确性。

2、使用本实用新型钻孔模拟装置进行锚杆拉拔测试，完成测试后可将模拟装置拆开，观察模拟钻孔内锚固剂或锚杆受力变形情况，有利于对锚杆进行分析和改进。

3、本实用新型钻孔模拟装置，利用钢箍通过缓冲钢垫片将对接式钢管锁紧，确保模拟钻孔的强度达到锚杆腊八测试要求；同时，锚杆施加在模拟钻孔内壁上的压力通过缓冲钢垫片分散到钢箍上，可减弱钢箍受到的压强，降低钢箍对材质强度的要求，有利于节省装置的制造成本。

4、锚杆拉拔测试后将装置拆开，把对接式钢管内壁上的粘合剂或锚固剂去除，装置可重复使用，有利于节省试验成本。

5、使用本实用新型钻孔模拟装置进行锚杆拉拔测试，操作简单、便捷。

附图说明

图1为本实用新型钻孔模拟装置的局部示意图；

图2为沿图1中A—A剖视图；

图3为图1中缓冲钢垫片的局部示意图(半剖图)；

图4为图1中对接式钢管的径向截面分体图；

图5为图1中缓冲钢垫片的径向截面分体图；

图6为图1中钢箍的截面分体图。

图中符号说明：1‐对接式钢管，2‐缓冲钢垫片，3‐钢箍，4‐螺栓，5‐刻槽，6‐定位槽。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的具体实施作进一步说明。

结合图1至图6，本实施例钻孔模拟装置，包括轴向由两个半圆形管壁相互对接构成的对接式钢管1，对接式钢管的内壁有用于增加摩擦系数的刻槽5；在对接式钢管的外壁上套有相互对接的两个半圆形缓冲钢垫片2，缓冲钢垫片的外壁上有定位槽6，定位槽中有通过螺栓4固定的钢箍3。

所述对接式钢管1的制作方法是，选刚度和硬度较大、壁厚为5mm、外径为53mm、长度为1.5m的厚壁钢管为原料，采用激光切割工艺轴向剖成半圆形两部分，对接处加工出阶梯形(截面如图4所示)，以便于两部分相互对接；在对接式钢管的内表面刻出相互间距5～10mm、深度为1mm的刻槽5，用以提高钢管内表面的摩擦系数，模拟不同粗糙度的岩体。

所述缓冲钢垫片2的制作方法是，选与对接式钢管相同材质、相同厚度、外径为60mm的硬质厚壁钢管，采用激光切割工艺轴向剖成半圆形两部分，然后按每段长度为15cm切成十段，每段两部分的对接处同样加工出阶梯形(截面如图5所示)；同时在每段缓冲钢垫片的外壁上加工出深度为1～2mm的三个定位槽6，其中位于中间的定位槽的宽度为30mm(与钢箍的宽度相同)，位于两端的定位槽的宽度分别为15mm(两段缓冲钢垫片相接处形成宽度为30mm的定位槽)。

所述钢箍3由宽度为30mm(与缓冲钢垫片外壁上的定位槽宽度相同)、厚度为40～50mm的高刚度不锈钢板加工成图6所示两部分，两部分对接形成的内孔孔径比缓冲钢垫片在定位槽处的外径小1～2mm；在钢箍两部分的对接处分别加工出供螺栓穿过的安装孔。

该钻孔模拟装置的组装方法是：

将上述加工好的对接式钢管的两部分通过阶梯形对接处相互嵌合，构成完整的钢管，用以模拟钻孔；然后将加工好的十个缓冲钢垫片前后相接套在对接式钢管的外壁上，并调节其对接缝与对接式钢管两部分的对接缝相互垂直；最后在缓冲钢垫片外壁上的定位槽中逐个套接钢箍，在钢箍对接处的安装孔中穿螺栓，通过拧紧螺栓使钢箍通过缓冲钢垫片将对接式钢管紧紧锁定。

本钻孔模拟装置也可用于锚索的拉拔测试。