[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

说明书

技术领域

本发明涉及地下工程支护材料试验领域，特别是涉及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。

背景技术

目前，随着国民经济快速发展对煤炭资源需求量的日益提高，煤炭资源开采强度逐年增加，浅部煤炭资源基本趋于枯竭，我国大部分矿井开始呈现出“向深部开采”的发展趋势。当矿井开采超过某一临界深度后，受深部“三高一扰动”因素影响，围岩所处地质力学环境更加复杂多变，在浅部呈现出硬岩特征的岩石，则会呈现出软岩大变形、大地压、难支护的非线性破坏特征，极易产生强岩爆、突水、顶板冒落等安全事故，这给我国矿井安全生产带来了极大威胁。

作为一种有效的支护技术，锚杆(索)可充分调动软弱围岩自承能力，有效控制围岩变形破坏，在我国矿山领域应用最为广泛。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、锚固剂与围岩的三种介质共同组成，包含锚杆(索)-锚固剂与锚固剂-围岩两个界面。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围岩)，开展室内拉拔试验，分析在拉拔荷载作用下锚杆(索)从围岩拔出过程中的力学失效行为，是研究锚固系统界面力学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，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非对称开裂或挤压变形，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。

针对上述问题，本发明提出了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，可予以有效解决。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种试验用锚杆或锚索夹持机构，该夹持机构可用于锚杆或锚索拉拔试验中对锚杆或锚索杆体的自动夹持与松开，简单方便，而且牢固可靠。

一种试验用锚杆或锚索夹持机构的具体方案如下：

一种试验用锚杆或锚索夹持机构，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。

上述夹持机构，第一动力源可以是风动油箱泵，由其控制中空缸筒内活塞筒的移动，进而带动夹持圆盘的上移和下移。当夹持圆盘下移时，可使中空套管顶端顶住锥形锁块，使锥形锁块上移压缩锥形压簧，并保持自动张开，锚杆或锚索杆体可自由穿过，而当夹持圆盘上移时，中空套管顶端与锥形锁块分开，锥形锁块在高强压簧作用下下移，可实现对锚杆或锚索杆体的自动夹持。随着中空自动加载油缸进油油液压力的增大，夹持圆盘持续上移，还可实现对锚杆或锚索杆体拉拔荷载的施加。

进一步地，所述中空锥形圆套顶部固定在所述环形槽盖内环表面，可以通过螺纹进行紧固；

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。

进一步地，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。

进一步地，本发明提供了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，该系统可实现不同围岩应力、不同加载方式等因素影响下，圆柱形锚杆(索)锚固体模型界面力学性能的自动加载测试与控制。

该试验系统的具体方案如下：