[发明专利]一种基于杠杆原理的重力补偿式锚固体蠕变效应试验系统

说明书

本发明涉及一种基于杠杆原理的重力补偿式锚固体蠕变效应试验系统，属于检测设备技术领域。其包括：试样固定装置、应变检测装置和计算机；该实验系统还包括有杠杆转换装置、重力加载装置和加压水箱，由闭合钢架做主体框架。本发明对锚固体采用垂直加载，有效避免锚杆在重力作用下偏移的情况。采用重力或重力和千斤顶联合加载的方式，使荷载保持恒定。本发明还能使试件赋存于水环境之中，更加符合锚固体的实际赋存环境，便于研究水力耦合情况下锚固体蠕变特征。

技术领域

本发明涉及一种基于杠杆原理的重力补偿式锚固体蠕变效应试验系统，属于检测设备技术领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，人口的大量增加，越来越多的地下工程需要开发以适应生存发展的需求。锚杆支护作为一种有效的围岩支护方式，凭借其施工快捷、力学机理明确、经济效果好的优点，广泛应用于各种基础设施与各类矿山及隧道工程建设。但是随着围岩压力的长时间作用，锚固体力学特性受到很多因素影响，比如锚固体蠕变、锚固方式、施工工艺等，蠕变效应是决定锚固体长期性能的重要因素，能使支护体系支护效果不同程度地减弱，随着时间越来越长，蠕变应变量越来越大，锚固体稳定性也越来越差，这会给现实的工程带来极大的安全隐患。研究锚固体蠕变效应可以为锚杆支护提供科学的理论和实验基础，具有重要的学术意义、工程价值和广泛的应用前景。

国内外对岩石蠕变效应进行了大量研究，理论方面虽然提出了各种本构模型，但是岩石加速蠕变阶段的理论尚不完善，数值模拟又不能准确反映锚固体的实际赋存环境，实验方面多倾向于单块岩石的研究，对锚固体蠕变效应的研究较少。目前，常规的蠕变试验常常依赖于蠕变机或单一千斤顶提供的恒载，而蠕变机和千斤顶在荷载长时间作用下，尤其是千斤顶会出现不同程度的应力松弛现象，虽然部分自动化程度较高的蠕变机和千斤顶能自动加压补偿，但其反应速度较慢，荷载加减惯性较大，难以精确地提供恒定的荷载。另外在常规的锚杆拉拔试验中，为了方便起见往往将锚固体横置，锚杆在重力作用下会发生微弱偏移，拉拔力容易出现不在水平线上的情况，影响试验的结果。

发明内容

本发明提出一种基于杠杆原理的重力补偿式锚固体蠕变效应试验系统，解决的现有技术问题是重力偏移的情况下，拉拔力不加载在锚固钢筋水平方向上，导致试验存在误差，影响试验的结果，以及常规蠕变试验中千斤顶会出现不同程度的应力松弛现象，部分自动化程度较高的蠕变机和千斤顶能自动加压补偿反应速度慢，荷载加减惯性大导致难以提供恒定荷载的问题，试验环境与试样实际工作环境差异过大，导致试验数据与实际情况存在偏差，参考价值不足的问题。

本发明技术方案是这样的：

一种基于杠杆原理的重力补偿式锚固体蠕变效应试验系统，其包括：试样固定装置、应变检测装置和计算机；还包括有杠杆转换装置、重力加载装置和加压水箱，由闭合钢架做主体框架。

所述的试样固定装置包括试样、试样夹具和试样固定装置的A固定钢板和A立柱，所述试样为钻孔岩柱，钻孔岩柱沿切面直径垂直切开，切口深度与钻孔深度一致，锚固钢筋插入岩柱钻孔中，钻孔中间与切面内壁贴有电阻应变片，电阻应变片连接有导线置于试样固定装置外部，切口以及钻孔内注有树脂凝胶材料。

所述的杠杆转换装置包括杠杆、杠杆转轴、钢管套筒、钢管、A钢绞线和B钢绞线；杠杆转轴安装在杠杆镂空部位，杠杆转轴左段为阻力臂，右段为动力臂，动力臂与阻力臂距离比值为3:1，钢管套筒焊接在杠杆两端，钢管置于钢管套筒内部，钢管上悬挂有A钢绞线和B钢绞线。

所述的重力加载装置包括滑动垫板、重物室、数控式环形液压千斤顶、B固定钢板和B立柱，数控式环形液压千斤顶下部连接重物室顶板，上部连接B固定钢板，重物室上部中心位置的挂钩通过数控式环形张拉千斤顶与B固定钢板中心通孔与B钢绞线相连接。

所述的加压水箱通过导管与试样夹具的进水口相连。

所述的应变检测装置包括锚杆测力计、应变仪和导线，锚杆测力计由环形液压枕和压力表组成，安装在试样夹具顶板和A固定钢板之间。