[发明专利]模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置及方法

权利要求书

1.一种模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置，其特征在于，包括圆筒状的约束反力装置，在所述的约束反力装置内设有一个环形高压加载气囊，所述的环形高压加载气囊与一个进气管和一个出气管相连，在所述的环形高压加载气囊的内圈设有沿其圆周方向设置的柔性可缩箍套，在柔性可缩箍套的内圈安装有间隔设置的柔性传力橡胶，所述的柔性传力橡胶的内圈是事先制作完好的圆柱形锚固体模型。

2.如权利要求1所述的模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置，其特征在于，所述的约束反力装置，包括圆筒侧壁、顶盖和底盖；所述的圆筒侧壁顶、底两端设有外伸环形翼缘，供与顶盖、底盖采用螺栓进行连接，圆筒侧壁表面设有两个出口，供环形高压加载气囊的进气管和出气管伸出。

3.如权利要求2所述的模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置，其特征在于，所述的顶盖中心位置设置有圆孔，圆孔尺寸与锚固体模型锚杆钻孔尺寸一致。

4.如权利要求2所述的模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置，其特征在于，所述的底盖上表面中心位置设置有圆形凸起肋，圆形凸起肋直径大小与圆柱形锚固体模型外径一致。

5.如权利要求1所述的模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置，其特征在于，所述的环形高压加载气囊可采用高强纤维织布与高分子聚合物的涂覆复合物进行制作，为环状筒结构；通过利用进气管和出气管的进气、出气，可实现环形高压加载气囊加载、卸载。

6.如权利要求1所述的模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置，其特征在于，所述的柔性可缩箍套黏贴于环形高压加载气囊内环表面，包括多个弧形套管、弧形压簧、弧形连杆和弧形加载传力板；多个弧形加载传力板沿环形高压加载气囊内圈的圆周方向均匀间隔布设，沿环形高压加载气囊轴向分节设置；所述的弧形套管安装于弧形加载传力板的上、下两端部及弧形加载传力板轴向分节处；所述的弧形压簧安装于弧形套管内，所述的弧形连杆端头内置于弧形套管内部，并与弧形压簧端部相连；

在环形高压加载气囊加载约束作用下，弧形连杆端头可压缩弧形压簧，实现柔性可缩箍套内缩，并保证收缩过程中横断面可始终保持圆形；当柔性可缩箍套处于松弛状态时，其外径与环形高压加载气囊内环直径一致。

7.如权利要求1所述的模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置，其特征在于，所述的弧形加载传力板内表面黏贴有柔性传力橡胶，尺寸大小与弧形加载传力板一致，柔性传力橡胶外表面直接作用于圆柱形锚固体模型试件表面。

8.如权利要求1所述的模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置，其特征在于，所述的弧形加载传力板在沿环形高压加载气囊圆周方向上的分块数量由锚固体模型直径确定，沿环形高压加载气囊轴向方向上的分节数量由锚固体模型长度确定。

9.如权利要求1所述的模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置，其特征在于，所述的圆柱形锚固体模型包括圆柱形岩土体试件；在所述的圆柱形岩土体试件的中心位置设有一个锚杆，所述的锚杆与圆柱形岩土体试件之间通过锚固剂固定。

10.如权利要求1-8任一所述的模拟圆柱锚固模型表面均布应力的柔性加载装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：将圆筒侧壁与底盖进行螺栓连接，构成环形高压加载气囊的约束反力装置；

步骤二：将环形高压加载气囊、柔性可缩箍套、柔性传力橡胶置于约束反力装置内部，保证环形高压加载气囊进气管与出气管从反力装置圆筒侧壁伸出；

步骤三：沿底盖表面圆形凸起肋，将事先制作完好的圆柱形岩土体试件置于约束反力装置内部中心位置，保证被环形高压加载气囊、柔性可缩箍套、柔性传力橡胶沿环向包围；

步骤四：将圆筒侧壁与顶盖进行螺栓连接；

步骤五：采用气泵及气压控制系统等装置，通过进气管对环形高压加载气囊进行充气，当气压值达到设计值时停止充气，实现圆柱形岩土体模型表面径向均布应力作用的模拟；

步骤六：保证圆柱形岩土体模型表面径向围岩应力大小不变，沿顶盖中心圆孔大小，对岩土体模型中心位置进行钻孔，并利用锚固剂安装锚杆；

步骤七：锚杆安装完成后，保证圆柱形岩土体模型表面径向围岩应力大小不变，利用拉力试验机或空心油压千斤顶对锚杆进行拉拔，并记录试验数据。