[发明专利]地下洞室系统锚杆拱效应实验装置和方法

说明书

技术领域

本装置涉及水电、交通等工程领域的地下洞室喷锚支护，具体涉及支护系统锚杆力学作用机制的实验装置。

背景技术

目前，高校在土木、水电、交通等专业的地下工程施工教学中，针对系统锚杆的支护原理仅能通过锚杆挤压石块实验来验证锚杆的加固作用，但对系统锚杆支护的拱效应还缺乏相关的实验。本次发明的地下洞室系统锚杆拱效应实验装置，可直观展示地下洞室的系统锚杆支护原理，可改善在地下工程施工实验教学环节中的不足。

发明内容

本装置的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种地下洞室系统锚杆拱效应实验装置，此试验装置能够用来直观的体现地下洞室喷锚支护所采用的系统锚杆的拱效应，用于地下工程施工的实验教学可加深学生对系统锚杆的支护原理的认识。

为实现上述目的，本发明将采用以下材料和技术方案：地下洞室系统锚杆拱效应实验装置，它包括四根支撑立柱和横杆构成的支架，支架的支撑立柱顶端通过支撑连接件固定安装有侧板，两块侧板呈对称安装，拱形底板通过连接件固定安装在两块侧板的底部，两块扇形侧板固定安装在侧板和拱形底板的开口处，并构成拱形石料槽，锚杆安装在拱形底板上，所述拱形底板采用可拆卸连接。

所述拱形底板采用弧形结构，在拱形底板上加工有多行、多列等间距布置的圆形孔洞。

所述扇形侧板包括外侧扇形边和内侧扇形边，扇形边的半径能够根据试验要求进行加工。

所述支撑连接件包括水平支撑板和倾斜支撑板，水平支撑板与倾斜支撑板焊接而成，倾斜支撑板与侧板的外侧相配合，水平支撑板与支撑立柱的顶面相配合。

所述连接件包括上连接板和下连接板，上连接板和下连接板焊接，拱形底板与下连接板相配合，上连接板上安装有双头螺栓，双头螺栓的两端安装有固定螺母，上连接板通过双头螺栓和固定螺母与侧板固定相连。

所述锚杆采用两端带有螺纹的金属棒制成，在外螺纹上通过螺纹配合连接有螺母，垫片通过螺母固定在锚杆的端部。

所述锚杆的直径为0.5cm，单根长度为40cm，所述垫片的直径为4cm，所述锚杆的数量为40根。

所述螺母采用蝶形螺母，螺母的直径小于圆形孔洞的直径。

地下洞室系统锚杆拱效应实验装置进行试验的方法，它包括以下步骤：

1）先将扇形侧板、侧板和拱形底板进行组装连接，并将其构成的石料槽安装在支撑立柱上，在石料槽内不设置锚杆的条件下，将粒径为40~60mm的石料装进石料槽内，然后拆卸装有石料的石料槽的拱形底板，观察石料完全塌落的情况。

2）再次安装好拱形底板，然后将锚杆底端的外螺纹上通过螺母固定好垫片，并将组装完成之后的锚杆安装在拱形底板的圆形孔洞上。

3）将粒径为40~60mm的石料重新装入石料槽内，保证锚杆位置无过大变动。

4）当石料装满石料槽后，在锚杆顶端套装垫片，再用螺母将垫片压紧石料，进而对石料提供足够的锚固力，所有的锚杆的外螺纹上在旋钮锚杆顶部的蝶形螺母，在垫片的作用下对石料施加足够的锚固力，将所有的锚杆都采用上述的紧固方式进行锚紧。

5）当所有的锚杆都锚紧之后，拆卸石料槽的拱形底板，观察石料在锚杆锚固之后的情况，若石料不完全掉落，而且呈连续拱形，则实验成功，系统锚杆的拱效应得到验证。

本发明的优点与有益效果在于：

当需要进行地下洞室系统锚杆拱效应时，首先在不安装锚杆的条件下将石料放入到石料槽内部，然后拆除拱形底板，观察石料的掉落情况。

然后，在安装锚杆的情况下将石料放入到石料槽内部，并将锚杆用螺母和垫片进行锚紧，再拆除拱形底板，观察石料的掉落情况。

如果，在加装了锚杆之后的石料没有发生坍塌则表面试验成功，证明了系统锚杆的拱效应。

本专利的优点是装置构造简单、操作便捷、实验教学效果好，能够直观的展示系统锚杆的拱效应，便于学生对施工课程教学相应理论知识的理解和掌握。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的左视图。

图3是本发明的主视图。

图4是本发明的俯视图。

图5是本发明的扇形侧板结构示意图。

图6是本发明的拱形底板结构示意图。

图7是本发明的支撑连接件结构示意图。

图8是本发明的连接件结构示意图。

图9是本发明的锚杆结构示意图。

图10是本发明的工作原理图。