一種錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置。所述模擬試驗裝置包括呈直線依次間隔排列的多個混凝土塊；各混凝土塊的中心位置沿模擬試驗裝置的長度方向設有由錨桿和錨桿應力計間隔組成而將各混凝土塊串聯在一起的錨桿軸，并在錨桿軸上安置錨桿應力計和應變計，所述固定混凝土塊為模擬試驗裝置的固定端；所述固定混凝土塊、錨桿應力計混凝土塊、錨桿應力計及應變計混凝土塊與應變計混凝土塊之間的預留縫內均設有壓力枕，在應變計混凝土塊、錨桿應力計剪切混凝土塊和錨桿應變剪切混凝土塊的預留縫處設有頂升裝置；在垂直于試驗裝置長度方向的過所述錨桿應力計截面上設置有多塊應變磚。本實用新型原理簡單、模擬狀態真實、成本低、試驗效果好。
【專利說明】一種描桿及描桿應力計工作狀態模擬試驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于巖土工程科研試驗和工程安全監測輔助設備，適用于巖土工程錨桿工作狀態模擬試驗和工程安全監測錨桿應力計工作狀態模擬試驗的具體情況。
【背景技術】
[0002]現有技術條件下，巖土工程普遍采用錨桿進行工程支護，錨桿是巖土體加固的桿件體系結構，通過錨桿桿體的縱向拉力作用，克服巖土體抗拉能力遠遠低于抗壓能力的缺點。既限制了巖土體脫離原體，又增加了巖土體的粘聚性。其實質上錨桿位于巖土體內與巖土體形成一個新的復合體。這個復合體中的錨桿是解決圍巖體的抗拉能力低的關鍵。從而使得巖土體自身的承載能力大大加強。錨桿是當代巖土體支護的最基本的組成部分，廣泛應用于礦山、邊坡、隧道等進行主動加固。
[0003]然而，現場錨桿和錨桿應力計在現場各種荷載工況下的工作狀態，以及相應的錨固體的應力分布規律沒有進行研究，錨桿應力計在拉、剪組合荷載作用下的讀數變化規律也無法做出預測，降低了錨桿和錨桿應力計的可控性。
實用新型內容
[0004]為了克服現場錨桿和錨桿應力計在現場各種荷載工況下的工作狀態不可知的缺陷，本實用新型旨在提供一種錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，該試驗裝置能有效模擬錨桿及錨桿應力計現場實際工作狀態以及相應的錨固體的應力分布規律，并通過試驗研究錨桿應力計在拉、剪組合荷載作用下其監測物理量的變化規律。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是:
[0006]一種錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，其結構特點是，包括呈直線依次間隔排列的固定混凝土塊、錨桿應力計混凝土塊、錨桿應力計及應變計混凝土塊、應變計混凝土塊、錨桿應力計剪切混凝土塊和錨桿應變剪切混凝土塊；所述固定混凝土塊、錨桿應力計混凝土塊、錨桿應力計及應變計混凝土塊、應變計混凝土塊、錨桿應力計剪切混凝土塊和錨桿應變剪切混凝土塊的中心位置沿模擬試驗裝置的長度方向設有由錨桿和錨桿應力計間隔組成而將各混凝土塊串聯在一起的錨桿軸，并在錨桿軸上安置應變計，所述固定混凝土塊為模擬試驗裝置的固定端；所述固定混凝土塊與錨桿應力計混凝土塊、錨桿應力計混凝土塊與錨桿應力計及應變計混凝土塊、錨桿應力計及應變計混凝土塊與應變計混凝土塊之間的預留縫內均設有用于模擬巖體拉載荷的壓力枕，在應變計混凝土塊、錨桿應力計剪切混凝土塊和錨桿應變剪切混凝土塊的預留縫處設有用于模擬巖體剪載荷的頂升裝置；在垂直于試驗裝置長度方向的所述錨桿應力計截面上設置有應變測量裝置。
[0007]以下為本實用新型的進一步改進的技術方案:
[0008]所述錨桿應力計混凝土塊、錨桿應力計及應變計混凝土塊、應變計混凝土塊、錨桿應力計剪切混凝土塊和錨桿應變剪切混凝土塊的底部均裝有底板，該底板下設有滾動部件。在本實用新型的實施例中，底板優選為鋼板，滾動部件優選為滾軸。
[0009]所述錨桿應力計混凝土塊、錨桿應力計及應變計混凝土塊、應變計混凝土塊、錨桿應力計剪切混凝土塊和錨桿應變剪切混凝土塊內的錨桿軸上包裹有水泥砂漿。
[0010]優選地，所述錨桿軸上包裹的水泥砂漿呈圓筒狀。
[0011]進一步地，所述頂升裝置為水平差位安置的千斤頂，本實用新型的實施例布設有4個千斤頂，所述水平差位安置是指每個接縫兩端各設置一個千斤頂，但不設置在接縫的同一側。
[0012]所述錨桿應力計混凝土塊內設有至少一個錨桿應力計，所述錨桿應力計及應變計混凝土塊內設有至少一個錨桿應力計并安置至少一個應變計，所述應變計混凝土塊與錨桿應力計剪切混凝土塊的接縫處設有一個錨桿應力計；所述應變計混凝土塊內設有至少一個應變計。
[0013]所述應變測量裝置為多塊水平對稱設置在錨桿應力計兩側的應變磚，本實用新型實施例優選為10塊，兩邊各等間距設置五塊。
[0014]所述錨桿應力計通過電纜與相應的錨桿應力計讀數儀相連，所述應變磚和應變計通過電纜與相應的應變計讀數儀相連。
[0015]以下根據本實用新型的實施例對本實用新型做詳細的描述:
[0016]一種錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，由固定混凝土塊1、錨桿應力計混凝土塊2、錨桿應力計及應變計混凝土塊3、應變計混凝土塊4、錨桿應力計剪切混凝土塊5和錨桿混凝土塊6組成，中心安置由錨桿10和錨桿應力計11間隔組成錨桿軸，并在錨桿上安置應變計12，除固定混凝土塊I外其它混凝土塊底部安置鋼板18，并在鋼板底部安置滾軸13。在混凝土塊澆筑之前，選擇安裝有錨桿應力計位置的3個斷面沿截面方向對稱布置十塊應變磚17。在本模型試件的制作中在錨桿的周圍首先澆注一層圓柱體型水泥砂漿19，然后再澆注混凝土塊，整個模型截面的介質就分為錨桿、水泥砂漿和混凝土塊。
[0017]本實用新型的試驗方法如下:試驗準備時在固定混凝土塊1、錨桿應力計混凝土塊2、錨桿應力計及應變計混凝土塊3、應變計混凝土塊4等3條預留縫之間均安置壓力枕7，在應變計混凝土塊4、錨桿應力計剪切混凝土塊5和錨桿混凝土塊6等2條預留縫對向錯位安置千斤頂16，并將錨桿應力計和應變計電纜與對應的錨桿應力計讀數儀14和應變計讀數儀15連接。
[0018]試驗時，按照預先設計的各種工況及及最大加載和加載分級，組合或單獨對3個壓力枕7和4個千斤頂16分級加載，每一級加載分別讀取錨桿應力計、應變計和應變磚讀數直至最大加載級，完成升載試驗，之后，按與升載程序一樣進行減載試驗，直至加載值為零，即完成單次試驗工作，按預先設計要求，可進行單次或多次試驗。
[0019]試驗工作完成后先進行數據處理，數據處理包括錨桿應力計、應變計和應變磚根據讀數和已經檢定的相關參數換成監測物理量，并根據標定值計算每一級荷載值，并制成相關表格。之后進行各種工況成果分析，通過統計分析方法，分析各種工況下各級荷載量與各監測物理量之間的關系，并將研究成果應用于具體工程實踐。
[0020]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型適合適用于巖土工程錨桿工作狀態模擬試驗和工程安全監測錨桿應力計工作狀態模擬試驗的具體情況。原理簡單、模擬狀態真實、成本低、試驗效果好。
[0021]綜上所述，本實用新型通過模擬現場錨桿和錨桿應力計工作狀態的試驗揭示錨桿在現場各種荷載工況下的工作狀態，以及相應的錨固體的應力分布規律，并揭示錨桿應力計在拉、剪組合荷載作用下的讀數變化規律。
[0022]以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步闡述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型一個實施例的結構原理圖；
[0024]圖2是圖1的側面示意圖；
[0025]圖3是本實用新型垂直于試驗裝置長度方向的所述錨桿應力計的截面圖；
[0026]圖4是某工況下錨桿應力計試驗值和計算值與荷載的關系曲線圖。
[0027]在圖中
[0028]I一固定混凝土塊，2—錨桿應力計混凝土塊，3—錨桿應力計及應變計混凝土塊，4一應變計混凝土塊，5一錨桿應力計到切混凝土塊，6一錨桿到切混凝土塊，7一壓力枕，8—錨桿應力計剪切縫，9 一錨桿剪切縫，10—錨桿，11 一錨桿應力計，12—應變計，13—滾軸，14 一錨桿應力計讀數儀，15—應變計讀數儀，16—千斤頂，17—應變磚，18—鋼板，19 一水泥砂漿。
[0029]
【具體實施方式】
[0030]圖1、圖2和圖3所示為一種錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗方法和裝置的一個實施例。
[0031]本實施例是 申請人:承擔某國家重點工程的科研課題試驗，對該工程大面積支護錨桿及錨桿應力計讀數超量程問題進行試驗研究，本試驗裝置和方法是該課題試驗項目之
O
[0032]本實施例實驗裝置的總長度為4670mm,模型截面為850mmX500mm,自固定混凝土塊I至鋪桿混凝土塊6長度分別為900mm、1020mm、850mm、600mm、600mm和500mm,固定混凝土塊1、錨桿應力計混凝土塊2、錨桿應力計及應變計混凝土塊南側3、應變計混凝土塊4等3條預留縫均為60_，應變計混凝土塊4、錨桿應力計剪切混凝土塊5和錨桿混凝土塊6等2條預留縫均為10_，錨桿直徑為32_，模型制作之前先按設計方案制作模板和鋼板，將錨桿10和錨桿應力計11及點焊式鋼筋應變計12按設計安裝到位，先行澆筑固定混凝土塊1，并采用導管方式將將錨桿10和錨桿應力計11組成的錨桿包裹水泥砂漿，待水泥砂漿柱體形成后，按32_等間距在錨桿應力計斷面安置應變磚并澆筑混凝土塊，并對混凝土塊進行28天養護。
[0033]所述固定混凝土塊I為長方體混凝土塊，軸向中心安裝錨桿10，在整個試驗裝置中作為固定端。
[0034]錨桿應力計混凝土塊2為長方體混凝土塊，軸向中心安置由錨桿應力計11和錨桿10組成的錨桿軸，錨桿軸包裹圓柱體型水泥砂漿19，并沿錨桿應力計截面方向對稱布置十塊應變磚17，模擬拉荷載作用下錨桿及錨桿應力計在的工作狀態。
[0035]錨桿應力計及應變計混凝土塊3為長方體混凝土塊，軸向中心安置由錨桿應力計11和錨桿10組成的錨桿軸，并在錨桿應力計上安裝貼片式應變計12，錨桿軸包裹圓柱體型水泥砂漿19，模擬拉荷載作用下錨桿應力計11應力與應變工作狀態。
[0036]應變計混凝土塊4為長方體混凝土塊，軸向中心安置錨桿10，并在錨桿上安裝貼片式應變計12，錨桿包裹圓柱體型水泥砂漿19，模擬拉荷載作用下錨桿10的應變工作狀態。
[0037]錨桿應力計剪切混凝土塊5為長方體混凝土塊，軸向中心安置由錨桿應力計11和錨桿10組成的錨桿軸，其中錨桿應力計11中心位于錨桿應力計剪切混凝土塊5與應變計混凝土塊4分縫處，錨桿軸包裹圓柱體型水泥砂漿19，模擬剪荷載作用下錨桿應力計11應力工作狀態。
[0038]錨桿應變剪切混凝土塊6為長方體混凝土塊,軸向中心安置錨桿10,并在錨桿安裝貼片式應變計12，應變計12位于錨桿軸包裹圓柱體型水泥砂漿19，模擬剪荷載作用下錨桿應變工作狀態。
[0039]固定混凝土塊1、錨桿應力計混凝土塊2、錨桿應力計及應變計混凝土塊3、應變計混凝土塊4預留縫之間均安置壓力枕7，在進行模擬試驗時，采用壓力枕7模擬巖體拉荷載。
[0040]應變計混凝土塊4、錨桿應力計剪切混凝土塊5和錨桿應變剪切混凝土塊6預留縫之間均水平差位安置千斤頂16，在進行模擬試驗時，采用千斤頂16模擬巖體剪荷載。
[0041]模擬裝置中心軸由錨桿10和錨桿應力計11間隔組成錨桿軸，將各混凝土塊串聯，在進行模擬試驗時，適用于各種工況組合試驗。
[0042]除固定混凝土塊I外錨桿軸包裹圓柱體型水泥砂漿19，進行模擬鉆孔和注漿真實現場。
[0043]除固定混凝土塊I外其它混凝土塊底部安置鋼板18，并在鋼板底部安置滾軸13，在進行模擬試驗時，活動混凝土塊在外力作用下自由運動。
[0044]錨桿應力計位置的3個斷面沿截面方向對稱布置十塊應變磚17，在進行模擬試驗時，當外力作用下監測錨桿應力計周邊巖體的應變。
[0045]為了達到研究目的，試驗時做了多種工況及工況組合試驗，僅以某工況為例，對模型2個壓力枕7同時分級加載，測量錨桿應力計應力與荷載模型拉荷載)關系式，試驗前對壓力枕7進行了標定，試驗時壓力枕7分0.0MPa?L 25MPal4級加載(換算成荷載為
0.0KN^OOKN),每一級加載后作短暫停頓后讀取錨桿應力計讀數，資料處理時將錨桿應力計讀數換算成監測物理量，并繪制荷載與應力關系曲線，研究項目同時對各工部作了非線性有限元分析計算，本工況試驗的錨桿應力計試驗值和計算值與荷載關系曲線如圖4所示，從圖可以看出，試驗值與計算值擬合效果是相當理想的，也說明了模型試驗裝置和試驗方法是有效的。
[0046]本實用新型在工程實踐中被證明效果良好，具有如下長足之處:
[0047]I)試驗裝置結構簡單、成本低、模擬狀態真實、能多種工況同時試驗；
[0048]2)試驗原理清晰，方法簡便，成果真實有效。
[0049]上述實施例闡明的內容應當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本實用新型，而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
【權利要求】
1.一種錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，其特征在于，包括呈直線依次間隔排列的固定混凝土塊(I)、錨桿應力計混凝土塊(2 )、錨桿應力計及應變計混凝土塊(3 )、應變計混凝土塊(4)、錨桿應力計剪切混凝土塊(5)和錨桿應變剪切混凝土塊(6);所述固定混凝土塊(I)、錨桿應力計混凝土塊(2)、錨桿應力計及應變計混凝土塊(3)、應變計混凝土塊(4)、錨桿應力計剪切混凝土塊(5)和錨桿應變剪切混凝土塊(6)的中心位置沿模擬試驗裝置的長度方向設有由錨桿(10)和錨桿應力計(11)間隔組成而將各混凝土塊串聯在一起的錨桿軸，并在錨桿軸上安置應變計(12)，所述固定混凝土塊(I)為模擬試驗裝置的固定端；所述固定混凝土塊(I)與錨桿應力計混凝土塊(2)、錨桿應力計混凝土塊(2)與錨桿應力計及應變計混凝土塊(3 )、錨桿應力計及應變計混凝土塊(3 )與應變計混凝土塊(4 )之間的預留縫內均設有用于模擬巖體拉載荷的壓力枕(7)，在應變計混凝土塊(4)、錨桿應力計剪切混凝土塊(5)和錨桿應變剪切混凝土塊(6)的預留縫處設有用于模擬巖體剪載荷的頂升裝置；在垂直于試驗裝置長度方向的所述錨桿應力計(11)截面上設置有應變測量裝置。
2.根據權利要求1所述的錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，其特征在于，所述錨桿應力計混凝土塊(2)、錨桿應力計及應變計混凝土塊(3)、應變計混凝土塊(4)、錨桿應力計剪切混凝土塊(5)和錨桿應變剪切混凝土塊(6)的底部均裝有底板，該底板下設有滾動部件。
3.根據權利要求1所述的錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，其特征在于，所述錨桿應力計混凝土塊(2)、錨桿應力計及應變計混凝土塊(3)、應變計混凝土塊(4)、錨桿應力計剪切混凝土塊(5)和錨桿應變剪切混凝土塊(6)內的錨桿軸上包裹有水泥砂漿(19)。
4.根據權利要求3所述的錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，其特征在于，所述錨桿軸上包裹的水泥砂漿(19)呈圓筒狀。
5.根據權利要求1所述的錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，其特征在于，所述頂升裝置為水平差位安置的千斤頂(16)。
6.根據權利要求1所述的錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，其特征在于，所述錨桿應力計混凝土塊(2)內設有至少一個錨桿應力計(11)，所述錨桿應力計及應變計混凝土塊(3)內設有至少一個錨桿應力計(11)并安置至少一個應變計(12)，所述應變計混凝土塊(4)與錨桿應力計剪切混凝土塊(5)的接縫處設有一個錨桿應力計(11);所述應變計混凝土塊(4)內設有至少一個應變計(12)。
7.根據權利要求1飛之一所述的錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，其特征在于，所述應變測量裝置為多塊水平對稱設置在錨桿應力計(11)兩側的應變磚(17)。
8.根據權利要求1飛之一所述的錨桿及錨桿應力計工作狀態模擬試驗裝置，其特征在于，所述錨桿應力計(11)通過電纜與相應的錨桿應力計讀數儀(14)相連，所述應變磚(17)和應變計(12)通過電纜與相應的應變計讀數儀(15)相連。
【文檔編號】G01N3/00GK204027915SQ201420490534
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】邱山鳴, 黃太平, 鄭斌, 赫曉光, 李守雷 申請人:中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司