1.一种深部软岩锚固界面拉拔实验装置,其特征在于:包括:
试件夹具,由两个半圆弧形夹具体组成并固定在承载架内,用于将软岩试件固定于试件夹具的内部空腔内;
第一锚杆拉拔仪,布置在所述试件夹具的两侧,用于对软岩试件进行夹紧以施加边界约束压力;
锚杆,沿所述软岩试件的中心轴线方向插入软岩试件的中心圆孔内,并与在中心圆孔内浇筑的环氧树脂砂浆体凝固在一起;
第二锚杆拉拔仪,安装在所述承载架的顶部并与所述锚杆伸出承载架的上部连接,用于对锚杆施加向上的拉拔力,直至锚杆及环氧树脂砂浆体被拉出;
监测组件,布置在软岩试件的内部及外壁,用于监测不同边界约束压力条件下的软岩试件的抗拉拔力及变形特性。
2.如权利要求1所述的深部软岩锚固界面拉拔实验装置,其特征在于,所述半圆弧形夹具体包括固定外壁、沿固定外壁的两边缘径向延伸的固定脚、连接在所述固定外壁和固定脚之间的弧形加强端,所述固定脚上等距布置有两个加压锚固孔;
固定夹具螺栓穿过所述加压锚固孔与所述第一锚杆拉拔仪连接。
3.如权利要求1所述的深部软岩锚固界面拉拔实验装置,其特征在于,所述承载架和第二锚杆拉拔仪之间还设有锚杆托盘,所述锚杆托盘由预制在一起的上层承压片、中层承压片、下层承压片组成,三者的中心位置预留有供所述锚杆穿过的通孔;
所述上层承压片和下层承压片呈圆环状,所述中层承压片连接在两者之间并呈圆锥状;
所述上层承压片的直径小于所述下层承压片的直径,且所述上层承压片与所述第二锚杆拉拔仪相接触,所述下层承压片与所述承载架相接触。
4.如权利要求1所述的深部软岩锚固界面拉拔实验装置,其特征在于,所述监测组件包括:
压力传感器,粘贴在软岩试件的外侧并相对于试件夹具的内侧设置,用于所述第一锚杆拉拔仪对试件夹具紧固后,监测软岩试件的边界约束压力;
应变片,安装在软岩试件的内部,用于监测软岩试件的应变变化规律;
所述压力传感器和应变片采集的数据通过数据采集线传输到控制中心。
5.如权利要求4所述的深部软岩锚固界面拉拔实验装置,其特征在于,所述应变片分为a组应变片和b组应变片,每组2个应变片并竖向布置;a组、b组应变片布置在软岩试件的中心圆孔内侧;
a组应变片与软岩通过环氧树脂胶稳固粘结在一起,监测软岩的应变变化规律,a组应变片的另一面涂抹润滑剂,用于防止环氧树脂砂浆体与a组应变片粘结;
b组应变片与软岩内壁通过普通双面胶条暂时粘结固定,b组应变片与软岩不发生共同变形,当中心圆孔内灌浆后,环氧树脂砂浆体与b组应变片粘结。
6.如权利要求1所述的深部软岩锚固界面拉拔实验装置,其特征在于,所述承载架包括彼此平行设置的上部承载板和下部承载板,两个承载板之间通过承载板固定螺栓连接固定;所述试件夹具固定在两个承载板之间。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的深部软岩锚固界面拉拔实验装置的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:
s10:首先制作软岩试件,从深部软岩工程现场采集试样并加工圆盘形软岩试件,然后采用钻机在软岩试件的圆心处钻出中心圆孔;
s20:在每个软岩试件的中心圆孔内粘贴应变片,其中a组应变片与软岩通过环氧树脂胶稳固粘结在一起,监测软岩的应变变化规律;b组应变片与软岩内壁通过普通双面胶条暂时粘结固定,b组应变片与软岩不发生共同变形,当软岩试件的中心圆孔内灌环氧树脂砂浆体后,浆体将与b组应变片粘结,采用环氧树脂砂浆体浇筑在软岩试件的中心圆孔内,然后将锚杆安插在浆体的中间位置,待浆体凝固后,将锚杆-软岩试件脱模;
s30:在试样外侧粘贴压力传感器,将锚杆-软岩试件放入试件夹具内,对试件夹具两端进行螺栓紧固,并在螺栓另一端安装第一锚杆拉拔仪,将试件夹具及锚杆-软岩试件放在上下承载板间,上下承载板两端用螺栓紧固;
s40:在锚杆的顶端安装第二锚杆拉拔仪,通过对第一锚杆拉拔仪施加拉拔荷载,实现对软岩试件内部施加边界压力,先将试件夹具逐渐紧固,并观测压力传感器,当压力达到设定的第一级边界压力后持荷不变,然后启动第二锚杆拉拔仪,缓慢升高拉拔力,并监测变形传感器的变化,直至锚杆被拉出,实验结束;
s50:初步设计3个压力等级,分别对软岩试件内部施加边界压力至第二级和第三级,监测不同边界压力条件下的软岩试件的抗拉拔力及变形特性;
s60:进行多组拉拔实验,将锚固段长度设置成200mm,400mm和600mm;依次进行不同锚固长度及不同约束压力的锚杆-软岩-软岩界面拉拔实验。
8.如权利要求7所述的深部软岩锚固界面拉拔实验方法,其特征在于,根据上述实验获得的不同锚固体及不同边界压力条件下的锚固力,制定锚杆-软岩界面循环加卸载拉拔实验方案,初步制定循环加载5级,每一级持荷12小时;
首先进行锚固段200mm试件循环加卸载拉拔实验,压力传感器的埋设与上述流程相同,首先对锚固体加载第一级拉力,然后持荷12小时,前2个小时,每半小时对锚固力损失进行补偿,然后进行卸荷并静止4小时,观测结构面黏塑性剪切应变的变化规律,然后继续加载第二级拉力,同样进行锚固力损失进行补偿,以此类推,直至加载至第5级拉力荷载,观测锚固界面的剪应力应变的变化规律,观察锚固界面破损特征;
依次进行不同锚固长度及不同约束压力的锚杆-软岩-软岩界面开展拉拔实验,测定不同区域浆体界面及软岩界面剪应变随时间变化的曲线,观察浆体-软岩界面的宏细观破裂特征。