專利名稱：用于模型試驗的微型預應力錨索的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種隧道、地鐵、地下廠房等地下工程的地質力學模型試驗的支護錨具， 尤其是一種用于地下工程的地質力學模型試驗的微型預應力錨索及其埋設和加載方法。
背景技術：
以相似理論為基礎的模型試驗，起源于17世紀，經過幾個世紀的發展和完善，到20世紀 70年代，得到了空前的發展和廣泛的應用，其應用領域幾乎涉及科學研究的所有學科。地下 洞室模型試驗正是起始于這一時期，主要是由于交通、水電等工程中一些地下洞室的規模越 來越大，需要認真研究其圍巖的穩定性。這種需要有力地促進了地下洞室模型試驗的發展; 反過來，地下洞室模型試驗解決了工程實際中的許多當時難以解決的問題，推動了大型地下 洞室工程的建設。在國內，地下洞室模型試驗開始于20世紀70年代末期80年代初期，也是由 于工程建設的需要而發展起來的。要進行地質力學模型試驗，就要有相應的模型錨固裝置， 因此，下面首先將國內一些主要地質力學模型試驗的錨索裝置簡單說明一下
(1) 巖石力學與工程學報(2007年，第26期)介紹了一種由螺栓和銅絲組成的錨索系統， 該裝置由螺栓的進程來控制錨索拉力的大小。其存在的主要問題是錨索材料的彈性模量不 能任意調節，找到嚴格符合相似率要求的模型錨索材料是很困難的，在模型試驗中需要把實 際工程中的多根錨索合成一根，不能精確的模擬實際工程中的錨索分布；在相似率比較大的 模型試驗中難以使用；對模型錨索拉力的控制也不夠精確。
(2) 中國公路學報(2004,第3期)介紹了一種由螺栓和繩索組成的錨索系統，該裝置 由滑輪-重物系統施加在繩索上的力來控制錨索拉力的大小。其施加錨索拉力的方法操作復 雜，在模型試驗洞室開挖中很難使用。
(3) 地下空間(2006，第6期)介紹了一種由螺栓和鋼絞線組成的錨索系統，該裝置由 千斤頂來控制錨索拉力的大小。其施加錨索拉力的方法操作復雜，在模型試驗洞室開挖中很 難使用。
上述試驗裝置及加載系統普遍存在如下缺點
(1) 所選錨索材料剛度比較固定，不能滿足各種相似率的要求。
(2) 找到嚴格符合模型材料彈性模量相似率的錨索材料很困難，在模型試驗中需要把實
際工程中的多根錨索合成一根，不能精確的模擬實際工程中的錨索分布；在相似率比較大的
模型試驗中難以使用。
(3) 所選錨索材料剛度一般比較大，在模型試驗相似率比較大的情況下，錨索的剛度不
(4) 錨索加載方法比較復雜，不能滿足在模型試驗洞室內施工的工況要求。
實用新型內容
本實用新型為克服上述現有技術的不足，提供一種能夠滿足各種模型試驗工況要求，使 模型試驗中的錨索根數和位置能夠與實際工程中一一對應，尺寸能夠盡量小，也能夠盡量大， 錨索預應力的加載方法簡單精確的用于模型試驗的微型預應力錨索及其埋設和加載方法。
本實用新型的目的是采用下述技術方案實現的 一種用于模型試驗的微型預應力錨索， 包括調節螺栓、鋼絞線，調節螺栓的螺母固定在洞室邊墻上，螺栓旋入螺母中，共同作為錨 索頭；鋼絞線穿過螺栓，并通過一薄片固定在螺栓頭上。鋼絞線的另一端與設于模型里面的 內錨固段里的彈簧相連接。
所述的螺栓上設有軸向通孔。
所述的內錨固段由一個包有彈簧的封閉系統組成，封閉系統包括殼體、螺絲，殼體的兩 端通過螺絲密封，殼體內設有彈簧，彈簧的一端與其中一個螺絲固定連接，另一端與穿過另 一螺絲的鋼絞線連接。
所述的螺絲上設有軸向通孔。
本實用新型具有以下優點
(1) 通過改變鋼絞線和彈簧的長度，可以任意調節模型預應力錨索尺寸，長度最小可以 做到lcm，能夠最大可能的滿足模型試驗錨索和實際工程中的錨索一一對應的要求，滿足模型 試驗相似率要求。
(2) 通過選擇彈簧剛度，可以控制模型預應力錨索的預應力范圍，能夠最大可能的滿足 模型試驗錨索和實際工程中的錨索一一對應的要求，滿足模型試驗各種相似率要求。
(3) 模型錨索預應力的控制方便、準確，可以在較惡劣的工況下使用。
(4) 該系統可廣泛應用于水利、交通、能源、礦山等工程領域的巖土地質力學模型試驗研究。
圖l是本實用新型結構示意其中1.薄片，2.螺栓，3.螺母，4.鋼絞線，5.螺絲，6.內錨固段，7.彈簧，8.殼體。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1中，調節螺栓2的螺母3固定在洞室邊墻上，螺栓2旋入螺母3中，共同作為錨索 頭，鋼絞線4穿過帶通孔的螺栓2,并通過一個小薄片1固定在螺栓2頭上，鋼絞線4的另 一端與設于模型里面的內錨固段6里的彈簧7相連接。
內錨固段6由一個包有彈簧7的封閉系統組成，封閉系統包括殼體8、螺絲5，殼體8的 兩端通過螺絲5密封，殼體8內設有彈簧7，彈簧7的一端與其中一個螺絲5固定連接，另 一端與穿過另一帶軸向通孔的螺絲5的鋼絞線4連接。本模型錨索全長24cm (長度可以自由調節)，采用細鋼絞線4與彈簧7串聯的樣式，鋼絞 線4與彈簧7的最大拉力滿足模型試驗錨索拉力要求。模型錨索的內錨固段6由一個包有彈簧7 的封閉系統組成，預埋在模型里面，彈簧7的一端固定在內錨固段6上，另一端連接細鋼絞線4。 洞室邊墻的錨索頭采用尺寸按照相似率計算出來的調節螺栓2，調節螺栓2的螺母3固定在邊墻 上，再把帶孔的螺栓2旋入螺母3中，共同作為錨索頭。細鋼絞線4穿過帶孔的螺栓2，并用一 個小薄片1固定在螺栓2頭上。將預埋錨索按照模型設計要求埋設在預制模型塊體內，錨索的 內錨固段6和模型材料同時放入模具中，通過控制壓力機的的壓力和保壓時間來壓實模型材料 定好錨固段的位置。把埋設有預埋錨索的塊體按照施工方案安裝在模型中。在模型試驗的洞 室開挖過程中，開挖到錨索頭的時，旋轉螺栓，使錨索達到剛剛有力的狀態，再根據錨索拉 力與螺栓旋轉圈數的關系旋轉螺栓，使錨索預應力達到設計要求。
本模型錨索的技術要求 (1)模型錨索長度設計 根據相似理論，模型實驗使用的錨索長度 1' =l/c (1)
式(1)中，T是模型錨索長度，l是實際錨索長度，c是模型試驗與實際工程的幾何相 似率。
(2)模型錨索的預應力設計 根據相似理論，模型試驗使用的錨索預應力為
f' =f/c (2) 式(2)中，f'是模型錨索的預應力，f是實際錨索的預應力，c是模型試驗與實際工程 的物理相似率。
(3) 模型錨索預應力的加載。
根據式(2)中計算出來的模型試驗錨索的預應力，選取相應剛度的彈簧，標定螺栓在 螺母中旋轉一圈時螺栓的進程，通過公式
F=KXX (3) 可以計算出螺栓旋轉一圈時錨索產生的拉力，式(3)中，F是模型錨索的預應力，K是彈 簧的剛度，X是螺栓在螺母中旋轉n圈時螺栓的進程。據此，可以計算出錨索拉力與螺栓旋轉 的關系，通過這個關系來進行模型錨索預應力的加載控制。
(4) 模型錨索預應力加載的操作方法
在模型試驗的洞室開挖過程中，開挖到錨索頭的時，旋轉螺栓，使錨索達到剛剛有力的 狀態，再根據錨索拉力與螺栓旋轉圈數的關系旋轉螺栓，使錨索預應力達到設計要求。
權利要求1. 一種用于模型試驗的微型預應力錨索，包括調節螺栓、鋼絞線，其特征在于調節螺栓的螺母固定在洞室邊墻上，螺栓旋入螺母中，共同作為錨索頭，鋼絞線穿過螺栓，并通過一薄片固定在螺栓頭上，鋼絞線的另一端與設于模型里面的內錨固段里的彈簧相連接。
2. 根據權利要求1所述的用于模型試驗的微型預應力錨索，其特征在于所述的螺栓上 設有軸向通孔。
3. 根據權利要求1所述的用于模型試驗的微型預應力錨索，其特征在于所述的內錨固 段由一個包有彈簧的封閉系統組成，封閉系統包括殼體、螺絲，殼體的兩端通過螺絲密封， 殼體內設有彈簧，彈簧的一端與其中一個螺絲固定連接，另一端與穿過另一螺絲的鋼絞線連接。
4. 根據權利要求3所述的用于模型試驗的微型預應力錨索，其特征在于所述的螺絲上 設有軸向通孔。
專利摘要本實用新型涉及一種用于模型試驗的微型預應力錨索，包括調節螺栓、鋼絞線，調節螺栓的螺母固定在洞室邊墻上，螺栓旋入螺母中，共同作為錨索頭，鋼絞線穿過螺栓，并通過一薄片固定在螺栓頭上，鋼絞線的另一端與設于模型里面的內錨固段里的彈簧相連接。本實用新型具有以下優點(1)通過改變鋼絞線和彈簧的長度，可以任意調節模型預應力錨索尺寸，滿足模型試驗相似率要求。(2)通過選擇彈簧剛度，可以控制模型預應力錨索的預應力范圍，滿足模型試驗要求。(3)模型錨索的預應力調控方便、準確，可以在較惡劣的工況下使用。(4)可應用于水利、交通、能源、礦山等工程領域巖土地質力學模型試驗研究。
文檔編號G01L1/00GK201247115SQ200820187739
公開日2009年5月27日 申請日期2008年8月18日 優先權日2008年8月18日
發明者孫林鋒, 朱維申, 勇 李, 李術才, 鄭文華, 馬慶松 申請人:山東大學