[发明专利]一种模块化的锚杆锚索力学性能测试系统及其测试方法

权利要求书

1.一种模块化的锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于，包括支撑框架，所述支撑框架底端通过螺栓与支座一端连接，支座另一端通过脚板和膨胀螺栓固定于地面上，所述支撑框架的横梁上依次安装有拉伸组件模块、可拆卸旋进组件模块及试样外套固定模块，所述支撑框架的横梁上滑动安装有多个安全罩，支撑框架的横梁上通过位于上下两侧的混凝土试样固定框固定安装有混凝土试样，混凝土试样通过混凝土模板盒制作而成；

所述拉伸组件模块包括拉伸油缸和拉线位移编码器，拉伸油缸的缸体部分通过螺栓及端板定位销与支撑框架一端的端板连接，拉伸油缸通过油缸支撑座支撑，且油缸支撑座通过脚板和膨胀螺栓固定于地面上，拉伸油缸的活塞杆穿过支撑框架的端板且末端通过垫片与拉压双向轮辐传感器一端连接，拉压双向轮辐传感器另一端通过六角圆柱螺钉固定在推拉板的端面上，推拉板上表面四角处设置有轮架，轮上通过轴承安装有导轮，推拉板通过导轮与支撑框架的横梁滑动连接，推拉板上表面设置有液压夹具和位移杆，液压夹具安装于推拉板的等腰梯形缺口中，可沿着推拉板梯形缺口的腰线方向滑动，液压夹具的夹口可拆卸，可根据实验更换不同尺寸夹口，位移杆较液压夹具靠近拉伸油缸设置，所述拉线位移编码器安装于支撑框架端板的内侧面，且通过拉线与位移杆连接，拉线位移编码器所在支撑框架端板与拉伸油缸所在支撑框架端板为同一端板，所述拉伸油缸和液压夹具的进出油口均通过管路与液压系统连接；

所述可拆卸旋进组件模块包括钻机安装座，所述钻机安装座通过螺栓固定安装于推拉板远离拉伸油缸一侧的端板上，钻机安装座上通过螺栓及螺母固定安装有钻机，钻机的夹头用于夹持固定锚杆；

所述试样外套固定模块包括尾板、漏胶套及压扭传感器，所述尾板四角处通过螺栓连接有轮架，轮架上通过轴承安装有导轮，尾板通过导轮与支撑框架横梁滑动连接，尾板上表面对称安装有两个吊环螺销，用以固定尾板，压扭传感器通过其一端设置的法兰与尾板一端螺栓连接，压扭传感器另一端与漏胶套一端通过法兰及螺栓连接，漏胶套另一端与拉拔侧板通过法兰及螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的一种模块化的锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于：所述液压夹具包括微型油缸、圆形推拉盘及三角滑块，两个所述三角滑块沿轴线方向对称布置，两块三角滑块的燕尾形缺口处均安装有燕尾形钳口，所述微型油缸嵌入安装于推拉板上，微型油缸的活塞杆末端设置有圆形推拉盘，圆形推拉盘嵌在三角滑块尾部的豁口处，工作时微型油缸中液压油推动活塞杆沿轴向移动，活塞杆上的圆形推拉盘推拉三角滑块实现燕尾形钳口的闭合与敞开。

3.根据权利要求1所述的一种模块化的锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于：所述钻机安装座由L形钢板和宽条状挡板组成，钻机安装座通过L形钢板的竖向板与推拉板的端板连接，L形钢板的水平板两侧沿长度方向设置有宽条状挡板。

4.根据权利要求1所述的一种模块化的锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于：所述安全罩包括网状罩体、框架、轮架及运行轮，所述轮架上安装有运行轮，轮架顶部设置有框架，框架内侧安装有网状罩体。

5.根据权利要求1所述的一种模块化的锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于：所述混凝土模板盒为带有腔体的长方体盒子，通过六块钢板和螺钉螺母连接而成，且在长方体盒子的内腔设置有分隔板，沿长方体盒子的长度方向几何中心处安装有钢管，钢管两端通过圆片及螺栓固定在长方体盒子上；沿轴向两侧钢板分别安装圆片和螺丝螺母用以固定钢管，浇筑带有套筒的混凝土试件；沿轴向两侧钢板分别安装圆片和螺丝螺母用以固定锚杆，浇筑带有锚杆的混凝土试件；不设置圆片时，制作完整的混凝土试件。

6.根据权利要求1所述的一种模块化的锚杆锚索力学性能测试系统，其特征在于：所述混凝土试样固定框有水平长板、竖向板、水平短板及筋板组成，所述水平长板两端设置有竖向板，竖向板底部一体成型有水平短板，水平短板与竖向板之间设置有筋板，且在水平短板上开设有螺栓孔。

7.根据权利要求1所述的一种模块化的锚杆锚索力学性能测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，首先，用膨胀螺栓将油缸支撑座、支座固定在地面，使得测试系统能够稳定的放置在地面上；将测试系统上所有连接线连接好，胶管连接好，打开液压系统的油源总电源，按下启动按钮 ，并打开计算机，设置好参数；

步骤2，将可拆卸旋进模块中钻机安装座通过螺丝螺母固定在拉伸组件模块的推拉板上，打开钻机夹头，将锚杆伸入夹头的夹口内，通过力矩扳手拧紧，且保证锚杆轴线与夹头轴线重合；

步骤3，通过导轮将尾板滑动到合适的位置，并将尾板用吊环螺销固定在支撑框架的横梁上，并预留出空间用来放混凝土试样，将下侧混凝土试样固定框先固定好，将混凝土试样放置在已固定好的下侧混凝土试样固定框上，再固定好上侧混凝土试样固定框；拔出固定尾板的吊环螺销，将尾板、压扭传感器、漏胶套、拉拔侧板通过螺丝螺母自左向右依次连接固定，推动尾板向右滑动，直至拉拔侧板与混凝土试样左端面紧贴，此时混凝土试样位于试样外套固定模块的右侧，再插入吊环螺销固定尾板；

步骤4，启动拉伸油缸与钻机，通过拉伸油缸的活塞杆伸展对推拉板施加水平向左的推力，进而推动钻机向左推进，至锚杆端部与混凝土试样贴合，拉伸油缸停止推动，推拉安全罩至旋进部分的上方，防止混凝土块飞溅，启动钻机，调整转速，启动液压系统，拉伸油缸工作，实现锚杆旋进，旋进至实验设计的钻孔长度后，旋进结束；

步骤5，卸载拉伸油缸，关闭钻机，推拉板与钻机快速复位，在混凝土试样的钻孔中塞入锚固剂，再次启动液压系统及钻机，锚杆匀速旋进，同时搅动钻孔内的锚固剂，至锚杆推进至钻孔孔底后停止旋进，关停钻机，保存数据；用扳手松开钻机夹头，使钻机夹头与锚杆分开，拉伸油缸快速卸载；

步骤6，松开上侧混凝土试样固定框，吊起混凝土试样，将试样外套固定模块滑至混凝土试样右侧，将混凝土试样放下，重新固定上侧混凝土试样固定框，推动尾板向左滑动，直至拉拔侧板与混凝土试样右端面紧贴，此时混凝土试样位于试样外套固定模块的左侧，并用吊环螺销将尾板固定在框架平台横梁上；

步骤7，待锚固剂凝固后，拆卸掉可拆卸旋进组件模块；启动液压系统，拉伸油缸的活塞杆伸展推动推拉板向左移动，至锚杆端部伸入液压夹具的燕尾形钳口，用液压夹具夹紧锚杆，拉伸油缸暂停工作；

步骤8，通过计算机将待测参数调整为零，拉伸油缸继续工作，拉伸油缸的活塞杆收缩带动锚杆向右移动，至锚杆从混凝土试样中完全拔出，实验结束；并用计算机记录拉拔实验过程中采集的实时数据；

步骤9，将实验过程中记录的数据保存，并分析拉伸作用下锚杆的力学性能。