[发明专利]一种锚杆锚固体与风化岩体间粘结强度测试装置

权利要求书

1.一种锚杆锚固体与风化岩体间粘结强度测试装置，其特征在于主体结构包括锚杆杆体、锚固体、PVC外膜、对中支架、光纤传感器、铠装光缆和数据采集系统；锚杆杆体为普通螺纹钢筋或非金属螺纹实心结构，锚杆杆体下端外表面间隔安装制有PVC材质的对中支架，间隔距离根据锚杆杆体的长度确定；锚杆杆体安装有对中支架的部分插入的PVC外膜内，横截面为圆形的PVC外膜的一端封闭，使用时，将PVC外膜切开取出或直接粉碎；锚杆杆体和PVC外膜之间制有锚固体，水泥结石体结构的锚固体直径与PVC外膜的内径相同，锚固体采用市售的硅酸盐水泥注浆，锚固体的强度大于32.5MPa；锚固体上切割制有浅槽，光纤传感器和铠装光缆按准分布式熔接串联后植入切割制有浅槽的锚固体内，并用环氧树脂混合液进行封装保护，光纤传感器采用准分布式光纤Bragg光栅传感器，光纤传感器在锚固体内的位置根据需要测试的岩土层标高进行布设；铠装光缆和数据采集系统电信息连接，数据采集系统采用光纤光栅解调仪。

2.根据权利要求1所述的锚杆锚固体与风化岩体间粘结强度测试装置，其特征在于具体测试过程为：

（1）、先将对中支架间隔安装在锚杆杆体下端外表面上，其间隔距离根据锚杆杆体长度确定；再将安装有对中支架的锚杆杆体插入PVC外膜内，人工送入直至锚杆杆体底端到达PVC外膜底部，安装过程中保持锚杆杆体的轴线与PVC外膜的轴线在同一直线，并使PVC外膜与锚杆杆体垂直；

（2）、将PVC外膜的外端与外部的注浆管连接好，并将注浆管伸至PVC外膜底端，用注浆泵将硅酸盐水泥浆液沿着注浆管注入，注浆液到达PVC外膜的顶端时将注浆管拔出并关闭注浆泵，完成整个注浆过程；

（3）、注浆完成后将PVC外膜的顶端人工抹平，养护28天，锚杆杆体与PVC外膜之间形成的水泥结石体即为锚固体；

（4）、然后将PVC外膜切开，取出锚杆杆体和锚固体，在锚固体外壁沿轴线划一直线，然后沿着已定好的直线切浅槽，根据测试的位置在浅槽内确定光纤传感器的植入位置，靠近锚杆杆体自由端的锚固体孔口处的光纤传感器之间的间距比锚固体其他位置的间距小；

（5）、根据光纤传感器定好的位置，将光纤传感器与铠装光缆以熔接的方式按准分布式进行串联，在浅槽内植入串联好的光纤传感器，并用环氧树脂混合物封装保护2个小时后，检查光纤传感器的成活率，成活率不低于90%；

（6）、根据锚杆杆体的尺寸在风化岩体内进行钻孔形成锚杆孔，锚杆孔与风化岩体的岩层表面相垂直；

（7）、将植入光纤传感器的锚固体人工送入锚杆孔，直至锚固体底端到达锚杆孔底部，安装过程中保证锚固体位于锚杆孔的中心；

（8）、最后在锚杆孔内注浆使锚固体与风化岩体紧密粘结，养护28天后，准备进行测试；

（9）、测试开始前，先安装好对锚杆杆体提供拉拔力的外部拉拔装置，再将铠装光缆接入到数据采集系统，并检查设备连接是否完好；

（10）、在锚杆杆体拉拔过程中记录测点i（i=1,2,3,4,5……）处光纤传感器的波长变化，根据光纤传感器的参数指标、读取的数据及公式（1）、（2）和（3）计算得到锚固体与风化岩体间的粘结强度：

Δλ_B=Δλ_B^ε+Δλ_B^t=λ_B（Κ_εΔε_x+Κ_tΔt）    （1）

公式（1）中，Δλ_B为应变和温度共同作用时光纤传感器中心波长变化量，单位为pm；Δλ_B^ε为光纤传感器受到拉力或者压力作用时，中心波长变化量，单位为pm；Δλ_B^t为温度发生变化时，光纤传感器中心波长变化量，单位为pm；λ_B为不受外力、温度为0时光栅的初始波长，单位为pm；Κ_ε为光纤传感器应变灵敏系数；Δ_εx为轴向应变改变量；Κ_t为光纤传感器温度敏感系数；Δ_t为温度变化量；

N=ΔεE_s    （2）

公式（2）中，N为测点i处锚杆杆体的轴力，单位为kN；E_s为玻璃纤维增强塑料筋材弹性模量，单位为MPa；

f_i=（N_i-N_i-1）/πDΔL     （3）

公式（3）中：f_i为锚固体与风化岩体间粘结强度，单位为MPa；N_i为i测点处轴力，单位为kN；N_i-1为i-1测点处轴力，单位为kN；D为锚固体直径，单位为mm；ΔL为测点间距，单位为mm。