[发明专利]用于测试高应力环境锚杆或锚索锚固界面力学性能的试验系统及方法

权利要求书

1.一种试验用锚杆或锚索夹持机构，其特征在于，包括中空自动加载油缸，中空自动加载油缸包括中空缸筒，中空缸筒内设置中空活塞筒，中空活塞筒的动力输出端与夹持圆盘连接；

夹持圆盘中心部位开有锥形圆槽，锥形圆槽顶部设置环形槽盖，锥形圆槽底部中心部位设置中空套管，中空套管与中空缸筒连接，锥形圆槽内设置锥形锁块，锥形锁块与环形槽盖之间设置高强锥形压簧，高强锥形压簧与环形槽盖内圈部位设置中空锥形圆套，锥形锁块包括至少两块，锥形锁块在与夹持圆盘的相对移动中实现夹持与张开；待测模型锚杆或锚索可穿过环形槽盖、锥形锁块、中空锥形圆套、中空套管和中空缸筒设置。

2.根据权利要求1所述的一种试验用锚杆或锚索夹持机构，其特征在于，所述中空锥形圆套顶部固定在所述环形槽盖内环表面；

锥形锁块在锥形圆槽底部闭合后，为中空锥形体，外圈表面底部为锥形面，顶部设有台阶，内圈表面底部为圆柱面，顶部为锥形面；

所述的锥形锁块外圈表面底部锥形面、内圈表面顶部锥形面与所述的中空锥形圆套外圈表面、锥形圆槽内圈表面锥形圆面倾斜角度一致，可形成使锥形锁块沿锥形圆槽上下自由移动的锥形通道。

3.根据权利要求1所述的一种试验用锚杆或锚索夹持机构，其特征在于，所述中空套管的外侧中部可设置外伸台阶以与中空缸筒上表面通过紧固件进行锁紧。

4.用于测试高应力环境锚杆或锚索锚固界面力学性能的试验系统，其特征在于，包括：

底座，底座表面设置壁筒，壁筒内设置环状高压加载气囊，壁筒顶部可设置环形封板，在环状高压加载气囊内环表面设置柔性约束箍套，柔性约束箍套内圈设置锚固围岩模型，锚固围岩模型中心设置用于锚杆或锚索穿过的钻孔；

底座表面围绕壁筒还设有支柱，根据权利要求1-3中任一项所述的一种试验用锚杆或锚索夹持机构通过支柱设于所述壁筒的上方。

5.根据权利要求4所述的用于测试高应力环境锚杆或锚索锚固界面力学性能的试验系统，其特征在于，所述柔性约束箍套包括多个设置成圆筒形状的弧形传力板，相邻的弧形传力板间隔设定距离设置，弧形传力板的上下两端均设置弧形套管，弧形套管内部设置弧形压簧，相邻的弧形套管之间通过弧形连杆连接，在环状高压加载气囊充气约束下，弧形连杆端头可压缩弧形压簧，柔性约束箍套可实现内缩以对锚固围岩模型提供环向约束力；

进一步地，所述弧形传力板内表面黏贴薄层柔性橡胶。

6.根据权利要求4所述的用于测试高应力环境锚杆或锚索锚固界面力学性能的试验系统，其特征在于，所述中空自动加载油缸中中空缸筒与第一动力源连接，环状高压加载气囊通过气管与第二动力源连接，所述的第一动力源、第二动力源分别与控制器单独连接；

进一步地，在环状高压加载气囊内设置气压传感器，中空自动加载油缸内设有油压传感器，夹持圆盘部位设有位移传感器，锚杆或锚索杆体设有应力传感器，各类传感器分别与控制器单独连接。

7.根据权利要求4所述的用于测试高应力环境锚杆或锚索锚固界面力学性能的试验系统，其特征在于，所述底座可为圆环板形，底座内圈安装有环形底盖，环形底盖上表面外边缘处设有凸起圆肋，环形底盖内圈安装有中心底盖，中心底盖尺寸与锚固围岩模型钻孔尺寸一致；

所述的环形封板内圈安装有环形顶盖，环形顶盖内圈安装有中心顶盖，中心顶盖尺寸与待测模型围岩钻孔尺寸一致。

8.根据权利要求4所述的用于测试高应力环境锚杆或锚索锚固界面力学性能的试验系统，其特征在于，还包括阶梯筒状模具，阶梯筒状模具可活动设于所述环状高压加载气囊内侧；

进一步地，阶梯筒状模具沿竖向中心剖面被切割成两半，阶梯筒状模具外表面设置至少两个台阶，每个台阶处可采用钢制圆环进行套箍约束，内表面底部环向周圈设有阶梯状缺口，缺口尺寸与环形底盖上表面凸起圆肋尺寸一致。

9.根据权利要求4所述的用于测试高应力环境锚杆或锚索锚固界面力学性能的试验系统，其特征在于，所述的中空自动加载油缸固定于环形横板中部，环向横板固定在所述的立柱上，并可沿立柱上下移动设置。

10.用于测试高应力环境锚杆或锚索锚固界面力学性能的试验方法，其特征在于，采用根据权利要求4-9中任一项所述的用于测试高应力环境锚杆或锚索锚固界面力学性能的试验系统，具体步骤如下：

1)移去壁筒顶部环形封板、环形顶盖及中心顶盖，对环状高压加载气囊进行卸载，使柔性约束箍套张开，安装阶梯筒状模具，并采用事先配制好的围岩模拟材料，制作圆柱形锚固围岩模型；

2)移走阶梯筒状模具，并封闭环形封板、环形顶盖及中心顶盖等构件，对环状高压加载气囊进行充气，模拟圆柱形锚固围岩模型环向均布围岩应力作用；

3)拆去中心顶盖与中心底盖，沿拆去顶盖、底盖位置，对圆柱形锚固围岩模型钻孔，并利用锚固剂进行锚杆或锚索安装；

4)通过夹持机构对锚杆或锚索杆体顶部外露部分进行夹持，采用阶梯式分级加载、循环加卸载或恒定荷载的方式，对锚杆或锚索的进行拉拔，并在试验过程中记录相关试验数据；

5)当锚杆或锚索从锚固围岩模型中拔出时，夹持机构松开锚杆或锚索，环状高压加载气囊出气，移去环形封板、环形顶盖及待测锚固围岩模型，试验结束，可进行下一试验循环。