[发明专利]裂隙岩体离层锚固控制模拟试验装置及方法

说明书

本发明提供了一种裂隙岩体离层锚固控制模拟试验装置及方法，涉及岩石力学试验技术领域，包括基座、第一端架、第二端架、加载框架、离层加载框架、加载油缸、轴向加载油缸、离层千斤顶、传感器和承压板，第一端架和第二端架之间设置有加载框架和离层加载框架，加载框架在第一方向和第二方向上分别设置有相对布置的加载油缸，第一端架上沿第三方向设置有轴向加载油缸，加载油缸和轴向加载油缸的加载端与载荷传感器及承压板相连，离层加载框架和加载框架之间设置有离层千斤顶，岩石试件放置在承压板围成的加载空间内，利用该装置在模拟地应力条件下，进行岩石试件的钻设锚杆试验，有效地模拟锚固围岩的离层破坏及锚杆锚固对离层岩体的控制作用。

技术领域

本发明涉及岩石力学试验技术领域，尤其是一种裂隙岩体离层锚固控制模拟试验装置，以及利用该装置进行裂隙岩体离层模拟试验的方法。

背景技术

锚杆锚固技术由于工艺简单和经济实用，被广泛的应用于深部巷道及大跨度地下洞室支护、水坝的坝基和坝肩加固、岩土边坡加固、深基坑支挡工程以及输水和交通隧洞等领域。在矿产开采方面，顶板离层是指巷道顶板岩层中一点与其上方一定深度内岩层中某点的相对位移量。随着地下资源开采深度增加，地温升高，巷道开挖后，由于通风在距巷道表面一定深度的围岩内产生较大的温度梯度和附加应力，容易使围岩产生离层，这也将对围岩稳定带来不利影响。顶板离层是地应力、围岩力学性质、围岩体结构、锚杆加固参数、巷道断面等诸因素综合作用的外在表现，顶板离层值，因此顶板离层值是一个能预测巷道稳定性的综合指标。

目前对顶板离层的研究大多是基于现场的数据监测，包括两种形式：一种为顶板离层指示仪监测，它是顶板离层监测的常规仪器，用以监测锚固范围内及锚固范围外的离层情况，能随时警示顶板的变形情况并及早发现顶板失稳预兆；另一种为深基点位移计监测，它能反映不同深度围岩的移动变形情况，尤其适用锚固工程的稳定性研究。但是顶板离层数据现场的监测存在监测困难，精确度不高，数据提取分析复杂，不利于顶板离层的定量分析和理论研究。

大量锚杆支护是岩土工程中重要的加固手段，试验和工程研究表明，锚杆能够有效的加固围岩，高性能锚杆支护可以转移岩土体的载荷分布，使支护范围内的应力均匀分布，抑制软弱夹层导致的拉伸破坏，改善岩土体的承载结构。锚杆支护可以形成组合梁结构，有效补强围岩，减少跨度作用，维护围岩结构，增强围岩承载能力，在控制巷道顶板离层方面有着重要作用。目前，对顶板离层的研究大多是基于现场的数据监测，缺乏精准可靠的室内试验研究数据。现场监测主要包括两种形式：一种为顶板离层指示仪监测，它是顶板离层监测的常规仪器，用以监测锚固范围内及锚固范围外的离层情况，能随时警示顶板的变形情况并及早发现顶板失稳预兆；另一种为深基点位移计监测，它能反映不同深度围岩的移动变形情况，尤其适用锚固工程的稳定性研究。但是顶板离层数据现场的监测存在监测困难，精确度不高，数据提取分析复杂，不利于顶板离层的定量分析和理论研究。基于现有现场监测和室内试验研究的局限性，岩体离层作用下锚杆受力理论研究，仍没有合理地考虑锚固界面剪切作用的非线性特性，以致其仅能很好地刻画锚杆弹性黏结阶段的受力特性，仍不能有效反映其塑性变形至滑移破坏阶段的受力特征。

针对锚杆对岩体离层的控制作用，例如在锚杆锚固技术由于工艺简单和经济实用，被广泛的应用于深部巷道及大跨度地下洞室支护、水坝的坝基和坝肩加固、岩土边坡加固、深基坑支挡工程以及输水和交通隧洞等领域。

巷道内采用锚杆支护时，如何选取锚固基点进而强化煤巷顶板已有的锚固区，形成可靠的承载结构，形成向上的扭矩消除复合顶板锚固层的整体离层破坏，需要对锚杆的锚固岩体离层破坏形式及破坏机理做进一步的研究，从而得到使用高性能预应力锚杆、顶板小孔径预紧力锚索等实现离层破碎型顶板的安全控制的理论依据。但是锚杆锚固技术的理论研究也受限于现有的研究方法及试验设备，锚杆支护围岩的加固机理尚未实现定量分析，尤其是针对锚固岩体的离层破坏的模拟尚未合理实现。需要对现有的室内锚杆锚固模拟试验装置做进一步的改进，从而可以更好的还原锚杆锚固岩体的离层实际情况，研究离层机理及特征、以及锚杆的支护机理及支护能力方法。

发明内容