专利名称：含锚试件制备方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩石试件的制作技术。
背景技术：
在岩土工程中，经常遇到用锚杆或锚索进行锚固加固。含锚体的岩土整体物理力学效应试验研究是揭示岩土工程锚固机理的主要技术途径，因此建立锚固理论模型可以作为岩土工程支护设计和稳定性分析评价的依据。建立锚固理论模型，需要在实验室内进行含锚岩石试件制备和对含锚岩石试件进行力学实验。目前，在实验室内进行含锚岩石试件制备的基体材料通常可分为两大类一类是加工成型的原岩，另一类是通过各种材料配制的类岩石，而模拟锚杆则主要选用铅丝、铜丝、铁丝、楠竹等。若选择原岩作为试件基体，受可选择模拟模拟锚杆的材料性能的限制，含锚试件与岩土工程锚固原型之间很难满足相似性，一般仅体现在模拟锚杆刚度大于基体刚度的情况。所以大多采用类岩石试件。类岩石试件通常是这样制备的，用若干天然材料，如铁粉、重晶石粉、石膏粉、石灰粉、石英砂、河砂、粘土、木屑等，和人工材料如水泥、氧化锌、石蜡、松香、酒精、白乳胶、树脂等，按照一定的比例混合而成浆液制成不同力学性能的类岩石试块基体。再制备含锚岩石试件时，多采用先在类岩石试块基体上钻孔、后安装模拟锚杆的方法；由于类岩石试块基体尺寸较小，在钻孔过程中导致基体开裂或损伤破坏极为常见，在一定程度上影响了后期的含锚试件试验结果。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种含锚试件的制备装置及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种含锚试件制备装置，由底座、圆台筒、活塞体和压头所组成；所述的底座为一个中心设有圆凸台的圆盘，圆凸台上布置有用于固定模拟锚杆的小孔眼，底座上的圆凸台直径与试件直径相同；所述的圆台筒由三等份圆弧筒合在一起构成，并用套环箍紧；圆台筒的内径与底座圆柱直径相同，圆台筒的粗端安放在底座上；所述的活塞体为带中心通孔的圆柱，中心通孔且与底座孔眼位置相对应，活塞体的外径略小于圆台筒内径；所述的压头为一个凸形体，其小截面端布置有与底座孔眼位置相对应的压头孔眼。利用上述装置制作含锚试件的方法，包括以下步骤第一步，首先将模拟锚杆插入底座孔眼内，然后将圆台筒安放到底座上，并用套环箍紧。第二步，将配制好的类岩石材料混合搅拌均匀，分次装入圆台筒内，一次装入量约为圆台筒高度的1/5，将活塞体放入圆台筒内，并使模拟锚杆穿过活塞体中心通孔，通过敲击或起落活塞体捣实混合料，依次进行装料、捣实工序，直至达到设计的试件高度为止。
第三步，将装好料的圆台筒与底座一起放到压力机上，再将压头的小截面对准圆台筒，并使模拟锚杆穿入压头孔眼内，然后进行加载压制；加载压制时，压力机先位移控制， 位移速度为O. 5mm/min，待力达到2 3KN时再转为力控制，力速度为O. 05KN/S，使压力缓慢增加到预定的压力值，然后再稳定压力2min，即完成试件的压制成型。第四步，依次卸掉套环、拆下压头和圆台筒，取出压制成型的含锚试件，切掉试件两端露出的多余模拟锚杆头，再经过一段时间养护即可进行力学试验测试。本发明可使含锚类岩石试件一次成型，可以形成基体与模拟锚杆的多种组合方式，更容易制备出满足力学性能相似比的含锚试件，可为岩土及矿山工程锚固理论研究提供理想的试验试件。这种一次成型的含锚试件制备方法优点在于，既能避免钻模拟锚杆孔对锚固基体的损伤破坏，又简化了含锚试件制备的程序。本发明模具结构简单，安装拆卸方便，脱模效果好，并可根据试验方案压制出不同布锚方式的试件。
图I是本发明的整体结构主视图2是底座的俯视图3是活塞体的俯视图4是圆台筒的主视图5是下套环的主视图6是上套环的主视图7是压头的主视图。
图中，I-模拟锚杆，2-试件，3-压头，4-圆台筒，5-底座，6a-下套环，6b-上套环，7a-底座孔眼，7b-活塞孔眼，7c-压头孔眼，8-活塞体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的含锚类岩石试件模具进行详细说明
-种含锚试件制备装置，由底座5、圆台筒4、活塞体8和压头3所组成；所述的底座
5为一个中心设有圆凸台的圆盘，圆凸台上布置有用于固定模拟锚杆I的底座孔眼7a，底座 5上的圆凸台直径与试件2直径相同；所述的圆台筒4由三等份圆弧筒合在一起构成，并用下套环6a和上套环6b箍紧；圆台筒4的内径与底座5圆凸台直径相同，圆台筒4的较粗一端安放在底座5上；所述的活塞体8为带活塞孔眼7b的圆柱，活塞孔眼7b与底座孔眼7a 位置相对应，活塞体8的外径略小于圆台筒4内径；所述的压头3为一个凸形体，其小截面端布置有压头孔眼7c，压头孔眼7c与底座孔眼7a位置相对应。利用上述模具制作含锚试件的方法，包括以下步骤第一步，首先将模拟锚杆I插入底座孔眼7a内，然后将圆台筒4安放到底座5上， 并用下套环6a和上套环6b箍紧。第二步，将配制好的类岩石材料混合搅拌均匀，分次装入圆台筒4内，一次装入量约为圆台筒4高度的1/5，将活塞体8放入圆台筒4内，并使模拟锚杆I穿过活塞孔眼7b， 通过敲击或起落活塞体8捣实混合料，依次进行装料、捣实工序，直至达到设计的试件高度为止。第三步，将装好料的圆台筒4与底座5 —起放到压力机上，再将压头3的小截面对准圆台筒4，并使模拟锚杆I穿入压头孔眼7c内，然后进行加载压制；加载压制时，压力机先位移控制，位移速度为O. 5mm/min，待力达到2 3KN时再转为力控制，力速度为O. 05KN/ S，使压力缓慢增加到预定的压力值，然后再稳定压力2min，即完成试件2的压制成型。第四步，依次卸掉上、下套环6b和6a，拆下压头3和圆台筒4，取出压制成型的含锚试件2，切掉试件2两端露出的多余模拟锚杆头，再经过一段时间养护即可进行力学试验测试。下面再以某矿井的粉砂岩巷道模拟锚杆支护为例，说明一个制作含锚试件的材料配方。规定含锚类岩石试件的物理力学相似比为20 I。经测试，粉砂岩的抗压强度为 52. 87MPa、工程模拟锚杆I的弹性模量为200GPa，选择弹性模量为IOGPa的楠竹作为含锚试件模拟锚杆1，符合设计的20 I相似比，楠竹制作成直径为2. 0mm、长度为120mm的杆体； 材料配方分为三组，具体配方见下表
配比铁粉:重晶石粉石膏粉占总重的松香酒精溶液占松香酒精溶液的试件组石英砂百分比总重的百分比摩尔浓度I1:1.5:0.282.5%5.0%8.6%21:1.5:0.282.5%5.0%15.8%31:1.5:0.282.5%5.0%30.0%经试验表明，选取上述配方制成的含锚试件单轴抗压强度为2. 65MPa，与粉砂岩强度之间符合20 I的相似比。
权利要求
1.一种含锚试件制备装置，其特征在于，它是由底座、圆台筒、活塞体和压头所组成； 所述的底座为一个中心设有圆凸台的圆盘，圆凸台上布置有用于固定模拟锚杆的小孔眼， 底座上的圆凸台直径与试件直径相同；所述的圆台筒由三等份圆弧筒合在一起构成，并用套环箍紧；圆台筒的内径与底座圆柱直径相同，圆台筒的粗端安放在底座上；所述的活塞体为带中心通孔的圆柱，中心通孔且与底座孔眼位置相对应，活塞体的外径小于圆台筒内径；所述的压头为一个凸形体，其小截面端布置有与底座孔眼位置相对应的压头孔眼。
2.一种利用如权利要求I所述的装置制备含锚试件的方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，首先将模拟锚杆插入底座孔眼内，然后将圆台筒安放到底座上，并用套环箍第二步，将配制好的类岩石材料混合搅拌均匀，分次装入圆台筒内，一次装入量约为圆台筒高度的1/5，将活塞体放入圆台筒内，并使模拟锚杆穿过活塞体中心通孔，通过敲击或起落活塞体捣实混合料，依次进行装料、捣实工序，直至达到设计的试件高度为止；第三步，将装好料的圆台筒与底座一起放到压力机上，再将压头的小截面对准圆台筒， 并使模拟锚杆穿入压头孔眼内，然后进行加载压制；加载压制时，压力机先位移控制，位移速度为O. 5mm/min，待力达到2 3KN时再转为力控制，力速度为O. 05KN/S,使压力缓慢增加到预定的压力值，然后再稳定压力2min，即完成试件的压制成型；第四步，依次卸掉套环、拆下压头和圆台筒，取出压制成型的含锚试件，切掉试件两端露出的多余模拟锚杆头，再经过一段时间养护即可进行力学试验测试。
全文摘要
本发明公开了一种含锚试件制备方法及其装置，它是由中心设有圆凸台的圆盘底座、内径与底座圆柱直径相同的圆台筒、活塞体和压头所组成，圆凸台上布置有固定模拟锚杆的小孔眼；圆台筒的粗端安放在底座上；所述的活塞体为带中心通孔的圆柱，中心通孔且与底座孔眼位置相对应；所述的压头为一个凸形体，其小截面端布置有与底座孔眼位置相对应的压头孔眼。通过上述装置可使含锚类岩石试件一次成型，可以形成基体与模拟锚杆的多种组合方式，更容易制备出满足力学性能相似比的含锚试件，可为岩土及矿山工程锚固理论研究提供理想的试验试件。
文档编号G01N1/28GK102589946SQ201210038970
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月12日 优先权日2012年2月12日
发明者李 权, 谭云亮, 赵同彬, 陈云娟 申请人:山东科技大学