室內測試脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的方法
【專利摘要】本發明涉及一種室內測試脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的方法，屬巖土工程技術領域。測試方法包括以下步驟進行：制作外半徑為R、內半徑為r的厚壁圓筒巖石試樣；安裝脹殼式錨桿，并在厚壁圓筒巖石試樣外表面上劃環向標記線，標記出錨頭中心所在的水平面位置；沿著環向標記線，在厚壁圓筒巖石試樣外表面上對稱粘貼多個應變片，應變片測量方向與厚壁圓筒巖石試樣的環向一致；以設定的加載速率對錨桿施加拉拔力，實時記錄拉拔力、拉拔位移及應變讀數；分析試驗數據，繪制試驗曲線，根據公式計算錨頭膨脹壓力。本測試方法科學合理，操作過程簡便易行，能夠準確獲取脹殼式錨桿工作過程中的錨頭膨脹壓力，對于指導錨固工程設計具有重要意義。
【專利說明】
室內測試脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種室內測試脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的方法，屬巖土工程技術領域。
【背景技術】
[0002]錨桿是邊坡、隧道及地下采場等巖土工程中常用的支護結構。根據桿體與巖土體之間銷固型式的不同，常用的銷桿可分為粘結式銷桿和機械式銷桿兩種，機械式銷桿主要有楔縫式和脹殼式兩種。脹殼式錨桿依靠內錨頭的膨脹作用，與錨桿鉆孔孔壁緊密擠壓進而提供強大的靜摩擦力及機械咬合力，發揮錨桿的錨固作用。中國專利公開號CN102808635A，【公開日】期2012年12月5日，發明名稱“一種脹殼式內錨頭預應力錨桿及其安裝使用方法”，該申請案所公開的錨桿屬于典型的脹殼式錨桿。由脹殼式錨桿的工作原理可知，錨頭的膨脹壓力是影響錨桿錨固力的重要因素之一。然而，脹殼式錨桿工作過程中，錨頭與圍巖鉆孔緊密接觸，錨頭被包裹在封閉狹小的空間內，常規的壓力測試方法及測試裝置均無法有效獲取錨頭的膨脹壓力。
【發明內容】
[0003]針對上述存在問題，本發明的目的在于提供一種簡便宜行的室內測試脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的方法，可用于脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的室內測試研究中。
[0004]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:室內測試脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的方法，包括以下步驟:
A、鉆取半徑為R的圓柱體巖石試樣，并在圓柱體巖石試樣的中軸線上鉆出半徑為r的錨桿安裝鉆孔，制作成厚壁圓筒巖石試樣；
B、安裝脹殼式錨桿，并在厚壁圓筒巖石試樣外表面上劃環向標記線，標記出錨頭中心所在的水平面位置；
C、沿著環向標記線，在厚壁圓筒巖石試樣外表面上對稱粘貼多個應變片，應變片測量方向與厚壁圓筒巖石試樣的環向一致，將應變片與應變儀通過導線連接；
D、對脹殼式錨桿施加拉拔力，實時記錄拉拔力、拉拔位移及應變讀數；
E、分析試驗數據，根據公式Ρ=Ε.ε.(Κ2-γ2)/(2.γ2)計算錨頭膨脹壓力，繪制試驗曲線，其中P為錨頭膨脹壓力，E為厚壁圓筒巖石試樣的拉伸彈性模量，ε為應變片讀數的平均值，R為厚壁圓筒巖石試樣的外半徑，r為厚壁圓筒巖石試樣的內半徑。
[0005]所述應變片的數量為4?8個。
[0006]本發明的有益效果是:本發明脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的室內測試方法，采用環向標記線標記厚壁圓筒巖石試樣內錨頭的具體位置，通過應變片測量厚壁圓筒巖石試樣表面環向張應變，根據厚壁圓筒巖石試樣的拉伸彈性模量計算錨桿張拉過程中厚壁圓筒巖石試樣表面張應力，根據厚壁圓筒理論應力計算公式計算錨頭膨脹壓力。本測試方法科學合理，操作過程簡便易行，能夠準確獲取脹殼式錨桿工作過程中的錨頭膨脹壓力，對于指導錨固工程設計具有重要意義。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明的測試布置方案示意圖。
[0008]圖2是實施例1得到的拉拔力與錨頭膨脹壓力關系曲線。
[0009]圖3是實施例2得到的拉拔力與錨頭膨脹壓力關系曲線。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖對本發明室內測試脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的方法作進一步詳細地描述。
[0011]如圖1所示，室內測試脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的方法，包括以下步驟:
A、鉆取半徑為R的圓柱體巖石試樣，并在圓柱體巖石試樣的中軸線上鉆出半徑為r的錨桿安裝鉆孔，制作成外半徑為R、內半徑為r的厚壁圓筒巖石試樣I;
B、安裝脹殼式錨桿2，并在厚壁圓筒巖石試樣I外表面上劃環向標記線3，標記出錨頭中心所在的水平面位置；
C、沿著環向標記線3，在厚壁圓筒巖石試樣I外表面上對稱粘貼多個應變片4，應變片4測量方向與厚壁圓筒巖石試樣I的環向一致，將應變片4與應變儀通過導線連接；
D、采用位移或者力的控制方式，以設定的加載速率對脹殼式錨桿2施加拉拔力5，實時記錄拉拔力、拉拔位移及應變讀數；
E、分析試驗數據，繪制試驗曲線，根據公式Ρ=Ε.ε.(Κ2-γ2)/(2.γ2)計算錨頭膨脹壓力，其中P為錨頭膨脹壓力，E為厚壁圓筒巖石試樣的拉伸彈性模量，ε為應變片4讀數的平均值，R為厚壁圓筒巖石試樣I的外半徑，r為厚壁圓筒巖石試樣I的內半徑。
[0012]所述應變片4的數量為4?8個。
[0013]實施例1
A、鉆取半徑為50mm的圓柱體巖石試樣，所用巖石為花崗巖，其拉伸彈性模量為43.85GPa，在圓柱體巖石試樣的中軸線上鉆出半徑為18mm的銷桿安裝鉆孔，制作成外半徑為50_、內半徑為18mm的厚壁圓筒巖石試樣I ；
B、安裝脹殼式錨桿，并在厚壁圓筒巖石試樣I外表面上劃環向標記線3，標記出錨頭中心所在的水平面位置；
C、沿著環向標記線3，在厚壁圓筒巖石試樣I外表面上對稱粘貼8個應變片4，應變片4的測量方向與厚壁圓筒巖石試樣I的環向一致，將應變片4與應變儀通過導線連接；
D、采用力的控制方式，以0.2千牛/秒的加載速率對錨桿2施加拉拔力5，實時記錄拉拔力、拉拔位移及應變讀數；
E、分析試驗數據，繪制試驗曲線，根據公式Ρ=Ε.ε.(R2- γ2)/(2.γ2)計算錨頭膨脹壓力，其中P為錨頭膨脹壓力，E為厚壁圓筒巖石試樣的拉伸彈性模量，ε為應變片讀數的平均值，R為厚壁圓筒巖石試樣的外半徑，r為厚壁圓筒巖石試樣的內半徑；圖2是本實施例得到的拉拔力與錨頭膨脹壓力關系曲線，由圖2不難看出，隨著錨桿拉拔力的增大，錨頭膨脹壓力呈現逐步增大的趨勢，當拉拔力為1KN時錨頭膨脹壓力為2.05MPa，而當拉拔力增大為20KN時，錨頭膨脹壓力為3.12MPa。
[0014]實施例2
A、鉆取半徑為50mm的圓柱體巖石試樣，所用巖石為大理巖，其拉伸彈性模量為27.93GPa，在圓柱體巖石試樣的中軸線上鉆出半徑為18mm的錨桿安裝鉆孔，制作成外半徑為50_、內半徑為18mm的厚壁圓筒巖石試樣I ；
B、安裝脹殼式錨桿，并在厚壁圓筒巖石試樣I外表面上劃環向標記線3，標記出錨頭中心所在的水平面位置；
C、沿著環向標記線3，在厚壁圓筒巖石試樣I外表面上對稱粘貼4個應變片4，應變片4的測量方向與厚壁圓筒巖石試樣I的環向一致，將應變片4與應變儀通過導線連接；
D、采用力的控制方式，以0.2千牛/秒的加載速率對錨桿2施加拉拔力5，實時記錄拉拔力、拉拔位移及應變讀數；
E、分析試驗數據，繪制試驗曲線，根據公式Ρ=Ε.ε.(R2- γ2)/(2.γ2)計算錨頭膨脹壓力，其中P為錨頭膨脹壓力，E為厚壁圓筒巖石試樣的拉伸彈性模量，ε為應變片讀數的平均值，R為厚壁圓筒巖石試樣的外半徑，r為厚壁圓筒巖石試樣的內半徑；圖3是本實施例得到的拉拔力與錨頭膨脹壓力的關系曲線，由圖3不難看出，拉拔力施加初期，錨頭膨脹壓力近乎為零，這表明錨桿拉拔力主要由脹殼與鉆孔孔壁間的咬合力平衡，而當拉拔力增加至7.8KN時，錨頭膨脹壓力呈拋物線型迅速增加，這與圖2中曲線形態顯著不同，這表明巖性由花崗巖變為大理巖時錨頭膨脹特性發生改變。
【主權項】
1.室內測試脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的方法，其特征在于:包括以下步驟: A、鉆取半徑為R的圓柱體巖石試樣，并在圓柱體巖石試樣的中軸線上鉆出半徑為r的錨桿安裝鉆孔，制作成厚壁圓筒巖石試樣(I); B、安裝脹殼式錨桿(2)，并在厚壁圓筒巖石試樣(I)外表面上劃環向標記線(3)，標記出錨頭中心所在的水平面位置； C、沿著環向標記線(3)，在厚壁圓筒巖石試樣(I)外表面上對稱粘貼多個應變片(4)，應變片(4)測量方向與厚壁圓筒巖石試樣(I)的環向一致，將應變片(4)與應變儀通過導線連接； D、對脹殼式錨桿(2)施加拉拔力(5)，實時記錄拉拔力、拉拔位移及應變讀數； E、分析試驗數據，根據公式Ρ=Ε.ε.(R2- γ2)/(2.γ2)計算錨頭膨脹壓力，繪制試驗曲線，其中P為錨頭膨脹壓力，E為厚壁圓筒巖石試樣(I)的拉伸彈性模量，ε為應變片(4)讀數的平均值，R為厚壁圓筒巖石試樣的外半徑，r為厚壁圓筒巖石試樣的內半徑。2.根據權利要求1所述的室內測試脹殼式錨桿錨頭膨脹壓力的方法，其特征在于:所述應變片(4)的數量為4?8個。
【文檔編號】G01L5/00GK105928650SQ201610260583
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】徐榮超, 于懷昌, 王江鋒, 房敬年, 趙陽, 王安明, 余建民, 張玉敏
【申請人】華北水利水電大學