[发明专利]真三维地质力学模型试验锚杆预埋装置及操作方法

说明书

本发明公开了真三维地质力学模型试验锚杆预埋装置及操作方法，所述锚杆预埋装置包括底座，顶盖，连接件，护筒和箍环；护筒由两个半圆形筒组成，护筒上设有锚杆定位孔，使用时护筒插入底座卡槽内并用箍环固定为一体。本发明解决了真三维地质力学模型试验中系统锚杆埋设困难、锚杆位置和方向难以固定、埋设范围有限的技术难题，同时该发明装置构造简单、拆卸方便、实用可靠，操作方法容易掌握，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种地下工程试验装置，具体地说是一种模型试验中预埋锚杆的装置及操作方法。

背景技术

以相似理论为基础的地质力学模型试验方法一直以来都是研究地下工程围岩稳定与安全控制的一种重要手段，对地下工程的发展起着很大的推动作用，为工程设计与施工提供了宝贵的试验数据。但是在真三维地质力学模型试验中施作锚杆支护时，由于模型尺寸、试验设备和锚杆埋设工具的限制，系统锚杆存在埋设困难、锚杆方向和位置难以固定的难题，大大阻碍了真三维地质力学模型试验锚杆支护技术的发展。

目前，国内外关于地质力学模型试验中锚杆预埋装置及操作方法的研究现状如下：

(1)《土木工程学报》2011年第9期介绍了一种模型试验中预埋锚杆的方法，其采用的是制作模型体时在锚杆所在位置直接放入锚杆的方法，该法对水平和竖向锚杆的埋设可以保证其方向不变，但对斜向锚杆的方向难以固定，同时在后续填料压实的过程中也难以保证锚杆位置不发生变化。

(2)《岩石力学与工程学报》2010年第1期介绍了一种模型试验中注浆锚杆的施工工艺，其采用的是在制作模型时预埋稍大直径的锚杆，开挖后将其拔出形成锚孔，再插入锚杆并注浆堵孔，因受模型加锚洞室尺寸的影响，该法无法实现洞周任意部位的锚杆施做。

(3)《岩石力学与工程学报》2014年第12期提出了一种真三维模型试验中预埋锚杆的方法，其采用将夯实的模型体修剪成型后架设定位装置钻孔并埋入锚杆的方法，该法只能对隧洞上部的锚杆进行施工，无法施工隧洞下部锚杆和隧洞腰部的斜向锚杆。

(4)《煤炭学报》2013年第9期提出了一种深部煤巷地质力学模型试验中预应力锚杆的施作方法，其采用的是巷道开挖后人工钻孔，注入锚固剂后插入锚杆并施加预应力的方法，因受模型加锚洞室尺寸的影响，该法无法实现洞周任意部位的锚杆施做。

(5)申请号为201310102213.0的发明专利研发了一种地下工程模型试验中系统锚杆施作的定位装置和定位方法，采用的是将系统锚杆定位装置放于开挖成型的洞室后采用弯角风钻打孔并埋入微型锚杆的方法，因受模型加锚洞室尺寸的影响，该法无法实现洞周任意部位的锚杆施做，同时采用该定位装置只能大致确定锚杆的埋设方向，弯角风钻深入洞内较深时不可避免的会造成锚孔方向的偏离。

(6)申请号为201510477771.4的发明专利研发了一种能定位导向煤巷锚杆预埋的物理模拟方法，采用的是在锚杆所在位置埋设定位板，并在定位板上用螺栓固定锚杆的方法来预埋锚杆，但该法将定位板埋入模型体内，势必造成该处应力场的变化，不能模拟实际工程真实的应力环境，同时该法也不能保证后续填筑压实模型材料时定位板上固定的锚杆不发生方向的偏转。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有装置和技术的不足，提供一种简单实用，拆卸方便的真三维地质力学模型试验锚杆预埋装置和操作方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

真三维地质力学模型试验锚杆预埋装置，其特征是，包括底座、顶盖、连接件、护筒和箍环，所述护筒由两个半圆形护筒构成，护筒下部卡入底座的凹槽，外部通过箍环使两个半圆形护筒固定为一体，顶部通过所述的连接件与顶盖相连；在所述的护筒侧壁上设有锚杆定位孔。

进一步的，所述底座是一块具有一定厚度的圆形有机玻璃板，底座直径稍大于护筒外径，底座上开有一定深度的环形凹槽，环形凹槽的外径和内径与护筒的外径和内径相同，此凹槽用于将护筒与底座固定。