[发明专利]土层锚固体界面应力传递机理试验系统及试验方法

说明书

本发明公开了一种土层锚固体界面应力传递机理试验系统及试验方法，由用于埋设锚固体锚杆和传感器的试验装置、应力和位移量测系统、拉力试验机以及光学采集系统所组成；试验装置为半圆状的立式箱体；使用试验前，首先在锚杆上制作砂浆锚固体，装入立体式箱体中，添加土样，装上活动盖板，构成试验装置；将拉力/位移传感器和微型压力传感器连接数据采集仪表和计算机，将CCD摄像系统对准试验装置的透明面；拉力试验机工作时，数据采集仪采集拉力/位移和压力数据，形成统一的数据文件传送给计算机，同时CCD摄像系统透过试验装置的透明面记录整个试验过程的变化情况和相关数据，本发明为建立及研究土层锚固体界面变形失效规律提供依据。

技术领域

本发明涉及一种试验装置，尤其涉及研究土层锚杆锚、锚索锚固机理的试验装置。

背景技术

土层锚固技术是在土层或破碎的岩体中进行植筋或加固的技术，是近代岩土工程领域的一项重要组成部分。随着我国大力兴建基础设施，特别是对交通、能源、水利和城市基础设施建设力度的加大，锚固技术已展示出十分广阔的应用前景。虽然土层锚固技术的应用范围较广，新的锚固方式(如拉力型、压力型、扩径型、混合型及其多元形式)不断出现，但对其锚固机理的认识与理论研究却相对滞后，目前还没有一种可以得到广泛认可的工程设计理论，整体处在经验设计阶段，还有许多问题有待于进一步解决。由于土体的性质复杂性，土层锚固工程出现病害甚至失事的现象屡见不鲜，给工程建设带来极大的安全隐患，严重的甚至造成工程中断、人员伤亡和带来重大的经济损失。因此对土层锚固理论及应用的研究是有十分重要的意义。

土层锚固体理论研究的基础，首先应该对土层锚固体在荷载的作用下、土层与锚固体之间的应力及位移分布情况进行试验。在以往的研究工作中，人们进行了大量的现场测试和宏观实验研究以揭示锚固体的宏观力学行为。当然人们也注意了锚固体与土接触面的细观特性，M.R.Dyer用光弹试验来考察各种土工合成材料与“土”相对作用时应力分布模式。该试验所用“土样”为碾碎的硼硅酸玻璃，试验沉浸在与玻璃具有相同的折射率的液体石蜡中进行，加荷后在圆形偏振光照射下用偏光镜观察，获得光弹图形进行分析。Y.Yoshimi和T.Kishida进行剪切试验，在砂土中埋设小铅球，通过X射线来追踪铅球的位置，观察接触面上颗粒的运动规律。张嘎等建立了跟踪并测量土颗粒运动的细观测量算法，编制了相应软件，对粗粒土与结构接触面剪切试验过程中的土颗粒运动进行了测量。这些实验方法都是采用平面方法(平面应力或平面应变)进行的，与锚固系统的轴对称特性有较大的差异，不能反映锚固体界面变形出现体胀而产生径向压力的现象。

发明内容

本发明的目的是针对土层锚固体界面应力传递机理研究需要，发明一种土层锚固体界面应力传递机理试验系统，同时提供该系统试验方法。

技术方案是：一种土层锚固体界面应力传递机理试验系统，其特征在于，由用于埋设锚固体锚杆和传感器的试验装置、应力和位移量测系统、拉力试验机以及光学采集系统所组成；其中：

所述的埋设锚固体和传感器的试验装置，包括一个断面为半圆状的立式箱体，即立式箱体的前面为平面板，其余周面为半圆弧壳体，而且至少平面壳体应为透明的；立式箱体内盛装有土样，土样的上面设有半圆形的活动盖板，活动盖板上设有孔，孔的位置应布置在圆心位置，通过孔安装上周围制作有锚固体的锚杆，立式箱体底面固定上拉杆，拉杆与锚杆在同一轴线上；在立式箱体壁的不同高度上设有若干导线孔；

所述的应力和位移量测系统，包括设在锚固体上端部的的拉力/位移传感器、埋设在立式箱体土层中不同高度上的微型压力传感器、连接在上述传感器上的数据采集仪表、连接在数据采集仪表上的用于数据处理的计算机和图像卡；

所述的拉力试验机设有夹住试验装置锚杆头的上夹具和夹住试验装置拉杆的下夹具，为试验装置提供试验所需要的拉力；

所述的光学采集系统是设置在试验装置外部的CCD摄像系统，用于采用光学实验方法观察、监测和计算锚固体和土层的位移场和应变场。