一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法

本发明涉及岩体力学试验测试，具体涉及一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法。

背景技术：

1、锚杆支护技术是采矿等工程领域中最常用的围岩加固方式之一。锚杆的锚固作用本质上是锚杆对于围岩应力环境的改善及变形的抑制，从而提高锚固体的内摩擦角及内聚力等参数，进而引起锚固体本构模型的改变。锚杆一方面能够在切向上阻止围岩发生错动，起到抗剪作用，另一方面能够在轴向上抑制围岩的变形，给围岩提供支护力。因此研究锚杆与岩体所组成的锚固承载体在外部荷载作用下的力学行为及破裂规律研究，有助于理解锚杆对岩体锚固机理的研究。

2、室内试验是锚杆锚固效应及机制研究的重要手段，可以通过选用不同的材料模拟锚杆并设计不同的加载方式以研究不同工况下锚杆支护效应及机制的目的。当前对于加锚岩体力学特性试验及锚固机理研究大多是基于单轴压缩、双轴压缩及动态冲击等试验，但是对于深部多维应力环境下采动岩体锚固效应及控制机理研究尚不多见。此外，以往岩体锚固破坏特性试验都是在施加荷载之前就已将锚固体锚固于岩样之中，即先锚固，后受力。而实际地下工程中的锚杆是先受力，后开采，再钻孔锚固，最后破坏。即在开挖卸荷之后再进行安装锚杆，此时岩体在锚固之前不仅会受到多维高静应力作用，还会受到开挖损伤的影响。从研究对象的全应力过程来说，二者具有显著的差异。

3、由此可见，现有技术有待于进一步改进。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，可以真实再现深部加锚岩体“先承受三维初始地应力、后开挖卸荷、再钻孔锚固”的受力全过程。

2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:

3、一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，其包括以下步骤：

4、步骤一、准备并安装所需测试系统

5、所述的测试系统包括真三轴试验装置和可移动锚固支护装置；

6、所述的真三轴试验装置包括试验仓、加载机构及夹具组件，所述的试验仓为框体结构，其位于真三轴试验台上，在试验仓的内部放置岩石试样，所述的加载机构包括加载单元和上、下、左、右、前及后加载板；

7、所述的可移动锚固支护装置包括移动机构、支撑机构以及锚固支护机构；

8、所述的移动机构包括导轨承载底座、载车轨道和水平移动载车，所述的导轨承载底座的一端与真三轴试验台对齐，另一端恰好接触所述的下加载板，所述的导轨承载底座与下加载板固定在一起；所述的载车轨道位于所述的导轨承载底座上，且平行设置有两条，两条载车轨道均指向所述的试验仓所在方向，在所述的导轨承载底座的两端设置有两条导轨，所述的导轨与所述的载车轨道方向相互垂直，在所述的导轨上均设置有滑块；所述的水平移动载车可在所述的载车轨道上左右滑动；

9、所述的支撑机构包括升降装置；

10、所述锚固支护机构位于所述的升降装置上，用于对岩石试样进行钻孔并锚固支护；

11、在夹具组件上安装声发射传感器；

12、步骤二、通过真三轴试验机向岩石试样施加应力，通过上、下加载板，即z轴方向的最大主应力σ1增加至1mpa；同样通过前、后加载板以及左、右加载板对岩石试样，即x轴方向和y轴方向的中间主应力σ2及最小主应力σ3增加至1mpa；随后，再采用荷载控制的方式，以一定的速度将σ1、σ2、σ3加载至预定应力值；

13、步骤三、保持中间主应力σ2不变，以一定的速率卸载σ3至0mpa，以再现开挖卸荷的过程，将左、右加载板即对应的夹具拆卸；

14、步骤四、打开锚固支护机构中电机的开关，使得钻头高速旋转，通过移动机构带动升降装置向岩石试样方向靠近，当靠近到一定距离进入切割阶段，钻头接触岩石试样并对其进钻孔；待岩石试样钻孔结束后，通过移动机构带动钻头反方向移动并退出切割阶段；

15、步骤五、将环氧树脂锚固剂放入步骤四切割后的岩石试样钻孔中，再将粘贴有应变片的锚杆插入岩石试验钻孔中，分别安装端托盘及托盘螺母，用锚杆对环氧树脂锚固剂进行搅拌，使得锚杆与岩石试样充分粘接在一起；

16、步骤六、通过载荷控制的方式继续保持锚固岩石试样的σ2值不变，采用位移控制的方式以0.4mm/min的速度继续增加σ1，即：通过将力从上加载板通过夹具施加到岩石试样的最大主应力方向的面上，直到锚固岩石试样发生彻底破坏时，试验方可结束；

17、步骤七、结合试验数据以及理论知识，展开分析。

18、上述的一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，所述的声发射传感器粘贴在最大主应力与中间主应力方向的夹具上；并放置高速摄像机清晰的记录试验发生的全过程。

19、上述的一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，所述的锚固支护机构包括电机和钻杆，所述的电机通过输出轴与钻杆相连接，在所述的钻杆外围设置有螺旋状叶片，在所述的钻杆的前端设置有钻头。

20、上述的一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，所述的滑块可在所述的导轨上进行前后滑动，所述的岩石试样的尺寸为长、宽、高100mm×100mm×100mm。

21、上述的一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，所述的电机的输出轴与水平移动载车的车轮的车轴构成了一个斜齿锥齿轮传动装置，两个齿轮相互啮合，通过电机带动水平移动载车运动。

22、上述的一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，所述的夹具组件包括上夹具、下夹具、左夹具、右夹具、前夹具以及后夹具，所述的上夹具位于所述的岩石试样与上加载板之间，所述的下夹具位于所述的岩石试样与下加载板之间，所述的左夹具位于所述的岩石试样与左加载板之间，所述的右夹具位于所述的岩石试样与右加载板之间，所述的前夹具位于所述的岩石试样与前加载板之间，所述的后夹具位于所述的岩石试样与后加载板之间。

23、上述的一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，所述的升降装置包括上承重板、下承重板和位于二者之间的伸缩件，所述的伸缩件为液压缸。

24、上述的一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，所述的输出轴和钻杆之间通过螺纹连接，所述的锚杆长度比岩石试样的尺寸大，且锚杆的直径不大于钻孔的直径。

25、上述的一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，可采用三种锚固方式，分别为端锚锚固、全长锚固以及柔性锚固。

26、上述的一种基于先卸-后锚的岩体真三轴室内试验测试方法，平移动载车的轨道焊接在滑块上，滑块分别套在轨道承载底座两端的导轨，制动阀安装在导轨滑块的两端；载车轨道分为移动阶段和切割阶段，当水平移动载车移动至切割阶段时，开始对岩石试样钻孔，当接触到轨道承载底座时，完全将岩石试样钻通。

27、与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

28、本发明提出了一种基于“先卸-后锚”的岩体真三轴室内试验测试方法，其包括真三轴试验装置和可移动锚固支护装置，通过将岩石试样放置于试验仓内，通过加载机构对其施加x轴、y轴和z轴方向的应力，施加应力后卸压，在卸压后通过可移动锚固支护装置对其进行钻孔和锚杆支护。

29、本发明考虑到地下采动岩体开挖卸荷后，会产生失稳现象，为解决这一问题需要在开挖后及时支护锚杆。因此，采用了真三轴试验装置与可移动锚固支护装置二者相互配合的方式，通过真三轴试验装置对岩体试样进行卸荷后，即可随即通过可移动锚固支护装置对其打锚杆支护，更符合实际工程背景中的及时有效支护。

30、另外，本发明中可移动锚固支护装置，其是结合真三轴试验装置进行使用的，如其与真三轴试验装置的试验台固定在一起，可移动锚固支护装置进行钻孔支护，该钻孔支护是在特定的受力环境下即岩石试样在卸载后失稳前对其进行支护的。

31、本发明提出的一种基于“先卸-后锚”的岩体真三轴室内试验测试方法，真实再现了地下工程岩体先加载后卸载再锚固最后受力破坏的全过程；克服了以往先锚固，后受力岩体锚固破坏特性试验的缺点；实现了不同锚固工况下对于深部工程岩体力学行为、峰值强度及损伤变形特征的影响规律的研究。