[发明专利]预埋分布式光纤的锚固体制作装置及方法

说明书

本发明公开了预埋分布式光纤的锚固体制作装置及方法，锚固体制作装置包括振动台、分布式光纤、固定支架、底座支架、大底盘、小底盘、模具、圆钢柱和锚杆定位器，用于制作预埋分布式光纤的锚固体试件，所述锚固体试件由锚杆、锚固剂、类围岩基体组成；锚固体全长全历程变形监测方法为：利用锚固体制作装置制作预埋分布式光纤的锚固体试件，其中分布式光纤在锚杆、锚固剂、类围岩基体中呈S型布设，配合使用拉拔试验机进行锚杆拉拔实验，监测在拉拔全历程中沿锚固体全长的变形数据，并根据分布式光纤监测数据出现断点的位置，判断锚固体的破坏模式。实现锚固体在拉拔实验中三种介质的全长全历程应变信息监测以及破坏模式判别，结构简单、可靠性强。

技术领域

本发明属于岩体工程支护技术领域，具体涉及一种预埋分布式光纤的锚固体制作装置及锚固体变形监测方法。

背景技术

岩体锚固通过埋设在岩层中的锚杆，将岩层紧紧地联锁在一起，依赖锚杆体—锚固剂—围岩之间力的传递，调动和增强岩体的自身强度和自稳能力，使岩体的应力状态得到改善、稳定性得到增强、工程安全性得到提高。因其具有施工易、造价低、省空间、性能佳、效果好等独特优势，成为了目前应用最广泛的地下及边坡工程支护手段之一，在国民经济多个领域和国家重大工程中发挥了关键作用。

基于锚杆拉拔实验研究锚杆在不同因素影响下的承载能力和锚固段荷载传递规律是定量评价锚固质量的主要手段，有助于分析锚固体失效模式，掌握锚杆锚固失效发生条件和灾变过程。锚固体试件由锚杆、锚固剂、围岩组成，将锚杆和锚固剂粘结面称为第一界面，锚固剂和围岩粘结界面称为第二界面，简称为“三体两面”。在实验室制作锚固体试件时，锚杆一般为钢材料(例如钢筋)，锚固剂一般为水泥砂浆、树脂锚固剂等，围岩可以采用岩石或选用水泥砂浆、混凝土等材料配制。由于锚固体所处地质条件和工程环境十分复杂，因而锚固体的破坏模式多种多样，根据工程现场实践，可将其破坏模式分为五种：杆体拉断、锚杆滑脱(第一界面失效或第二界面失效)、锚固剂剪切破碎、岩体破坏以及锚固体复合失效。如何准确掌握锚固体的变形大小和破坏模式并揭示该种破坏发生的过程及原因，对于锚固支护设计和参数优化以及锚固系统失效检测和控制具有重要意义。

当前，国内外许多学者在锚固体拉拔实验中采用应变片来测量锚杆、锚固剂和围岩内部的应变，基于这些应变数据对锚固体力学特性进行一系列的研究，并取得了不少成果。不同锚固长度下锚杆拉拔特性研究(肖同强等，采矿与安全工程学报,2017,034(006):1075-1080.)该文采用应变片进行锚固体拉拔过程中的变形监测，但是“拉拔试验过程中部分应变片遭到破坏，造成部分数据损失”，且只能监测有限测点，不能实现全长监测。采用应变片测量存在如下缺点：(1)安装步骤复杂，提前预埋在锚固体内部的应变片难以保证其安装方向及位置的准确性；(2)应变片检测点十分有限，不能实现沿锚固体轴向全长度的变形测量；(3)应变片易于在锚杆旋转安装、振捣和拉拔过程中损坏而影响监测。因此，采用应变片测量锚固体内部各材料在拉拔实验中的应变，一是变形监测数据不够全面且应变片易于损坏，二是无法实现通过监测应变数据来判断锚固体破坏位置及模式。此外，有研究者使用光纤光栅传感器安装在开槽的锚杆上用于测量锚杆变形，然而，该种方法仅适用于测量锚杆上有限测点的应变，无法测得锚固剂、围岩的应变信息，因此难以对锚固体的变形及破坏模式提供有效连续的科学数据。

发明内容

针对现有锚固体拉拔实验测试技术存在的问题，本发明提供一种预埋分布式光纤的锚固体制作装置及锚固体变形监测方法，可以实现锚固体在拉拔实验中三种介质的全长度全历程的应变信息监测。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：