一种锚固结构流变试验机及其模拟地质结构体流变特性的方法
【专利摘要】本发明提出了一种利用锚固结构流变试验机模拟锚杆与锚固体流变特性的测试系统和方法，锚固结构流变试验机由加载框架、试样夹持与活动横梁、流变加载装置、测量与控制及计算机等部分组成。在加载框架上安装锚杆和锚固体，用试样夹固定，通过流变加载装置对锚杆加载，加载过程由计算机控制，并实时显示锚杆、锚固体的各种测量参数及其应力变化曲线。该试验系统噪声小、无污染、节省、操作便捷。
【专利说明】一种锚固结构流变试验机及其模拟地质结构体流变特性的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于流变系统领域，具体提出了一种利用锚固结构流变试验机模拟锚杆与围岩共同作用下地质结构体流变特性的方法，可以有效地模拟不同锚固长度对于锚杆自身受力结构的分布及变化，以及不同锚固条件下锚固力作用半径、应力分布。
[0002]
【背景技术】
[0003]为了维持巷道的稳定，防止围岩发生垮落或者较大的变形，因此需要锚杆支护。锚杆与所支护的围岩组成的“承载体”本身的刚度和强度的特性较好，所以锚杆具有约束围岩形变保持稳定的作用。因此，研究锚杆与围岩作用的力学机理对改善锚杆的支护性能有重要的意义。传统的锚固结构的研究，仅仅在理论分析和软件的模拟层面上，并不能够真实的反映出锚杆在拉拔过程中与围岩体的作用过程。本发明提出一种锚固结构流变试验机测试系统，通过监测拉拔过程中锚杆、锚固结构的变形以及锚固体的压力，研究锚杆受力结构的分布、变化规律以及锚固结构在不同半径范围内的应力分布状态。
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【发明内容】
[0005]本发明为了克服现有技术中的不足，提出利用围岩锚固结构流变试验系统模拟锚杆与围岩共同作用下地质构造体的流变特性，研究不同锚固长度对于锚杆自身受力结构的分布及变化，以及不同锚固条件下锚固力作用的半径、应力分布等特性。
[0006]本发明中的流变系统采用伺服电机与液压油源共同控制模式，在对锚杆拉拔过程中，通过采用应变计量锚杆不同部位的变形情况，研究受力结构的分布及变化规律；通过采用预埋应变片的方式监测锚固体的变形和压力，测量出锚固结构不同半径范围内的应力分布状态。
[0007]本发明中的流变加载装置是用伺服电机带动滚珠丝杠来推动活塞把有缸内的油加压，产生试验力，对试验进行加压，试验机的控制系统采用计算机操作，能够实时显示出安装在加载油缸上力传感器的输出信号(量化后显示)，显示出预埋在锚固体内应变片的应力输出(量化后显示)。
[0008]试验机主要参数
1、最大拉试验力:100kN
2、试验力分辨率:1/180000
3、试验力测量误差:(±1%
4、变形测量范围:(TlOmm
5、变形测量分辨率:0.002_
6、变形测量误差:<±1%7、压力(应力)测量误差..<±1%
8、试验空间:4000 X 800 (长X宽)_
9、连续工作时间:≤1000小时
10、变形及压力测量通道:15个
11、整机功耗:AC 380V三相五线制2kW
12、整机外形尺寸:5000X1200X800 (长X深X高)mm。
[0009]
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的围岩锚固结构流变试验系统结构图。
[0011]
【具体实施方式】
[0012]本发明将结合说明书附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明:
参见图1，为本发明的锚固结构流变试验机，整个试验机安装在加载框架上，加载框架由底座、支架和支架平台构成。
[0013]其中试样夹和活动横梁，通过卡槽连接安装在支架平台上，并可以沿着卡槽方向移动；试样夹的作用是固定试样，保证试样在试验过程中不会产生侧向位移。
[0014]活动横梁的作用是调整试样中锚固体的位置及安装空间，保证试样能满足试验的要求。
[0015]液压油源能产生1KN的试验力，但是其不能长时间的维持。液压油源将产生的1KN试验力传递给伺服电机，由伺服电机自身锁定试验力，并将试验力作用于拉拔千斤顶。
[0016]伺服电机由计算机测量与控制系统控制，对液压油源产生的1KN的试验力进行锁定，维持稳定的压力环境，并将试验力传递给拉拔千斤顶。
[0017]拉拔器安装在支架平台的左侧，其作用是固定锚杆，伺服电机产生稳定的压力环境，作用于拉拔千斤顶，对锚固结构(锚固体)施加试验力。
[0018]锚杆应变计和锚固体应力计分别测量锚杆的应变量和锚固体的应力变化。分别通过应变采集仪和应力采集仪将数据传输到计算机。
[0019]计算机测量与控制系统主要作用是采集试验过程中锚杆应变的变化值及锚固体应力变化值，并控制伺服电机的试验力。
[0020]针对本发明一种利用锚固结构流变试验机模拟锚杆与围岩共同作用下地质结构体的流变特性的方法按照步骤来描述:
步骤I):将锚杆和锚固体安装在横梁上，通过横梁上的试样夹装置固定好锚固体；根据试样的大小，通过活动横梁来调整试验空间，横梁的移动采用自动工作方式；
步骤2):通过横梁来调整加载装置来以获得合适的试验空间，伺服电机推动活塞对缸内的油加压产生的试验力,便可以对锚杆进行拉拔试验；
步骤3):将锚杆及锚固结构等变形与压力测量通道连接到计算机，通过计算机指令控制整个拉拔试验过程，同时计算机能够记录试验力、锚固体内的应力等测量参数，并绘制出各种曲线。
[0021]在本发明中整个测控系统具有操作方便、容错性强、测量准确、保护功能强、控制精度高、长时间稳定性好等特点，能实时显示锚固结构的各种测量参数及曲线。
【权利要求】
1.一种锚固结构流变试验机，用于模拟锚杆与围岩共同作用下地质结构体流变特性，其特征在于，整个试验机安装在加载框架上，加载框架包括底座、支架和支架平台，所述试验机还包括: 活动横梁，通过卡槽连接安装在支架平台一侧，并可以沿着卡槽方向移动； 试样夹，设置在活动横梁上，用于固定锚固体； 拉拔千斤顶，安装在支架平台的另一侧，用于固定锚杆； 伺服电机，产生稳定的压力环境，作用于拉拔千斤顶； 液压油源，将产生试验力传递给伺服电机； 计算机测量与控制系统，控制伺服电机以及采集数据。
2.根据权利要求1中的试验机，其特征在于，所述试验机还包括锚杆应变计和锚固体应力计用于分别测量锚杆的应变量和锚固体的应力变化。
3.根据权利要求3中的试验机，其特征在于，所述锚杆的应变量和锚固体的应力变化分别通过应变采集仪和应力采集仪将数据传输到计算机中。
4.根据权利要求1中的试验机，其特征在于，所述液压油源产生1KN的试验力。
5.一种模拟锚杆与围岩共同作用下地质结构体的流变特性的方法，所述方法利用权利要求1-4之一所述的试验机，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 1)将锚杆和锚固体安装在活动横梁上，通过活动横梁上的试样夹装置固定好锚固体；根据试样的大小，通过活动横梁来调整试验空间，横梁的移动采用自动工作方式； 2)通过横梁来调整加载装置来以获得合适的试验空间，伺服电机推动活塞对缸内的油加压产生的试验力，便可以对锚杆进行拉拔试验； 3)将锚杆及锚固体等变形与压力测量通道连接到计算机，通过计算机指令控制整个拉拔试验过程，同时计算机能够记录试验力、锚固体内的应力等测量参数，并绘制出各种曲线。
【文档编号】G01N3/10GK104075945SQ201410324604
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】张磊, 纪洪广, 由爽, 向鹏, 张月征 申请人:北京科技大学