[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

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程锚杆(索)试验技术领域，尤其涉及一种用于模拟室内圆柱形锚固体模型表面径向均布围岩应力作用的轴对称柔性约束加载装置及使用方法。

背景技术

岩土锚固技术可充分发挥和提高岩土体的自身强度和自稳能力，显著缩小结构物体积和减轻结构的自重，有效控制岩土体的变形，是岩土工程领域应用最为广泛有效的一种加固技术，而且随着当前经济社会进步与科技发展，各种新型锚杆、锚索也呈现出不断涌现的趋势。据不完全统计，目前现有锚杆、锚索种类已超过600种。

众所周知，当现场锚固技术施工完毕后，所构成的锚固系统由锚杆(索)杆体、锚固剂与岩土体的三种介质共同组成，包含锚杆(索)-锚固剂与锚固剂-岩土体两个界面。沿锚杆(索)锚固段轴向取一定长度范围，通过等比例制作锚固体模型试件(包括锚杆(索)杆体、锚固剂及杆体周围一定范围岩土体)，开展室内拉拔试验，分析在拉拔荷载作用下锚杆(索)从岩土体中拔出过程中的力学失效行为，是研究锚固系统承载性能的一种有效手段。

然而，当地下硐室埋深较大，地应力水平较高时，围岩应力大小也是影响锚固系统承载性能的一个重要因素。但是现有拉拔试验中还较少考虑该因素，相关试验研究成果也未曾见到。尤其，人们一般习惯将锚杆(索)杆体、锚固剂及岩土体构成的锚固体试件加工成圆柱形模型，若采用传统液压油缸配合刚性推力器的方式，从圆柱体表面沿环向施加径向均布围岩压力，实现难度较大，需对油缸结构进行特殊设计才可满足要求，且由于与传统液压油缸配合的刚性加载推力器与圆柱形锚固体模型试件表面接触面积也非常有限，无法保证圆柱形模型表面围岩压力沿环向分布的均匀性。一旦试验过程圆柱形锚固体模型受到非均匀加载压力作用而产生开裂或挤压变形，锚固体模型横断面将难以保证圆形，进而无法有效模拟模型表面环向均布围岩应力作用，降低试验精度。针对该问题，本发明通过采用环形高压加载气囊、柔性可缩箍套、柔性传力橡胶等构件，提出了一种轴对称柔性约束加载装置及使用方法，可有效模拟圆柱形锚固体模型表面径向均布围岩应力作用，解决上述问题。

发明内容

本发明针对室内锚固体拉拔试验中，较少考虑围岩应力作用影响，或是采用传统液压油缸配合刚性推力器的加载方式，难以有效模拟圆柱形锚固体模型表面环向均布围岩应力作用等不足，提出一种轴对称柔性约束加载装置及使用方法，可实现圆柱形锚固体模型表面径向均布围岩应力有效模拟，且保证加载过程模型体横断面始终为圆形，提高试验精度。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种用于模拟室内圆柱形锚固体模型表面径向均布围岩应力作用的轴对称柔性约束加载装置，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

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(索)钻孔尺寸一致。

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。

进一步的，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。

进一步的，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，具体横截面分块数量由锚固体模型直径确定，轴向分节数量由锚固体模型长度确定；

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。