[发明专利]模拟黄土隧道锁脚锚管端头受力的加载装置及其使用方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种模拟锁脚锚管端头受力的加载装置及其使用方法，其利用一种加载装置对锁脚锚管端头施加竖向荷载来分析其力学特性。

二、背景技术：

近年来，锁脚锚管在软弱围岩隧道施工中应用越来越广泛。隧道开挖时，为防止基底软化及下台阶开挖引起支护结构的下沉，在距拱脚或墙脚一定距离处沿隧道横向按一定下插角打入相应规格的锁脚锚管，并将其端头与钢架焊接牢固，进而限制钢架的变形，以充分发挥其承载能力。为研究钢架作用在锁脚锚管端头的竖向荷载对锁脚锚管受力特性的影响。就需要对钢架的作用力进行模拟，来研究在不同荷载作用下锁脚锚管的受力特性。传统的加载通常采用悬挂重物法、动力加载法，但悬挂重物的方法加载角度难以有效控制,容易发生倾覆，造成加载结果缺乏科学性和准确性；又由于隧道环境和试验条件的限制，动力加载通常很难实现。因此，有必要寻求一种科学有效的加载方法，来模拟隧道中钢架对锁脚锚管端头的作用力。

三、发明内容：

为了解决上述背景技术中的不足之处，本发明提供一种模拟锁脚锚管端头受力的加载装置及其使用方法，来探知锁脚锚管受力特性及分布规律，得出不同围岩工况下锁脚锚管的最优物理参数，其应用于实际，可降低施工难度及成本，有利于保证施工安全和隧道结构稳定。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种模拟黄土隧道锁脚锚管端头受力的加载装置，其特征在于：包括加荷装置和反力装置，加荷装置的结构包括基础结构、斜撑和立柱，所述的立柱和支撑分别设置有两个，并且相垂直焊接，两个立柱之间还设置有支撑板，所述的两个立柱顶部中间设置有与其相活动连接的横梁，横梁的一端设置有连接件一，另一端设置有连接件二，所述的斜撑和立柱的底部与基础结构的上表面连接；

所述的反力装置的结构包括4个空心方钢和4个方形枕木，平行设置的4个方形枕木的两端分别对称设置有与其相垂直连接的2个空心方钢；

所述的反力装置的4个空心方钢设置于加荷装置的基础结构的上表面，基础结构上还设置有千斤顶，所述的4个空心方钢与千斤顶分别设置于基础结构的两侧，千斤顶的上端与连接件二连接。

所述的连接件一的结构包括“T”型柱一、空心圆柱与梯形板相连接为一体的异形体一、“T”型柱二、圆环一、圆环二和通过连接块连接两个相垂直圆环的异形体二，所述的“T”型柱一穿设于异形体一的空心圆柱内，圆环一和圆环二中穿设“T”型柱二并与异形体一的梯形板焊接相切，所述的异形体二中穿设“T”型柱二并设置于圆环一和圆环二的中间。

所述的连接件二的结构包括倒“T”型柱三，所述的倒“T”型柱三的上端穿设有与其相垂直连接的“T”型柱四。

所述的基础结构的形状的矩形箱，材质为钢。

所述的千斤顶为带油表的油压千斤顶。

所述的一种模拟黄土隧道锁脚锚管端头受力装置的使用方法，其特征在于：所述的使用方法的步骤为：

首先，孔位钻孔及锁脚锚管的安设；

孔位钻孔：在预先选定好的试验场地或隧道断面处，选择打孔位置，打孔的位置应与加载装置的高度一致，孔位之间的中心距离应保持在60cm以上，钻孔的深度为锚管长度减去35cm，然后采用洛阳铲或钻孔机械钻深孔，钻孔的角度通过扣件结合架管来实现，即每个孔位沿纵向搭设两道横梁，通过调整前后横梁之间的高度来确定锚管打设角度；

锁脚锚管安设：进行锁脚锚管安设时，应先将不粘贴电阻应变片的锚管人工插入钻孔内待孔腔顺直平滑后取出，再将贴有电阻应变片的锁脚锚管缓慢送入钻孔内，安放锁脚锚管时注意将管身圆周最上端、最下端平面与孔位最上端、最下端平面重合；

然后，用加载装置对锁脚锚管进行加载：

将加载装置连接件一的异形体二的上圆环穿入锁脚锚管的伸出端，用带油表的油压千斤顶顶起连接件二，根据千斤顶的油压表读数对锁脚锚管进行逐级加载，每级荷载增加0.5MPa，用电测法测定锁脚锚管在该荷载作用下的受力特性，然后进行下一级加载，当锁脚锚管的伸出端竖向位移急剧下降且累计竖向位移达20cm，或电阻应变片所测得的应变急剧变化时，即终止加载。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：本发明基于杠杆原理，有针对性的提出了一种模拟隧道锁脚锚管端头受力的加载方法，来模拟钢架对锚管的作用力。利用此种方法通过油压千斤顶按一定应力等级加载，可以分析锁脚锚管在不同级别竖向荷载作用下的力学特性和破坏机理，且加载装置基础结构不会发生较大的倾覆及变形，有效的保证了加载的稳定性和可靠性。

四、附图说明：

图1为本发明钻孔打设示意图；