本发明属于锚注支护试验,具体涉及一种锚注结构剪切试验装置及试验方法。
背景技术:
1、近年来,随着采矿规模的日益增大,开采广度、深度和开采强度也越来越大,加上地质条件复杂化,这就给巷道支护及维护带来了非常大的难度,确保巷道围岩稳定性是煤矿安全生产面临着巨大的挑战之一。在地下巷道支护过程中,锚注支护技术是一种在土木工程中常见的地质加固方法,其主要作用是提高土质和岩石的稳定性,锚注支护实质上是将锚固支护技术和注浆加固技术的结合,形成一种有效锚固的内部结构,提高围岩的强度和自承能力,保持巷道的稳定。因此它在工程中的应用非常广泛。
2、但是由于采动影响巷道、高地应力巷道以及巷道位于不稳定破碎岩层中等复杂状况的存在,也使得锚注结构无法承受较大的地应力而发生变形破坏。其中剪切破坏直接决定了锚固结构的稳定性,影响工程安全。在锚注支护结构中必须考虑到不同复杂地质条件下可能发生的剪切破坏模式,并通过合理试验方案预防这类破坏的发生。
3、目前在岩体剪切试验技术领域,传统试验装置有主要具有以下缺点:
4、1、传统剪切试验装置只能对岩体试样进行剪切试验,缺乏针对锚注结构的剪切试验方案,在无法获取锚注结构剪切试验数据的情况下,不利于获取锚注结构在不稳定岩层中破坏机理,进而不利于针对性采取相应预防措施;
5、2、传统的剪切试验装置,只能对试验体固定位置进行剪切试验;缺乏针对试验体不同位置的剪切试验方案,也即传统剪切试验装置的功能单一;
6、3、现有传统试验装置无法模拟围岩现场的实际受力环境,试验缺乏一定的严谨性和科学性,造成试验结果的不准确。
7、因此,需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种锚注结构剪切试验装置及试验方法,以至少解决现有技术中存在的上述问题。
2、为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
3、一种锚注结构剪切试验装置,所述试验装置包括:
4、框架组件,所述框架组件包括方形框与底板,底板位于方形框的底部,在方形框的中心放置有岩体试样,岩体试样的中心锚固安装有锚注结构;
5、围压加载系统,在岩体试样的每个面与方形框对应的每个内壁之间均设置有一套围压加载系统,所述围压加载系统用于将岩体试样的一个面施加压力;
6、所述围压加载系统包括加载器、传力板与弹性件,所述弹性件紧贴岩体试样的一个面,传力板设置在弹性件远离岩体试样的一面,加载器设置在传力板与方形框之间,所述加载器用于对传力板的底部施加作用力;
7、剪切系统,在岩体试样的每个角部与方形框对应的角部之间均设置有一套剪切系统,一套剪切系统包括多个沿竖直方向并列设置的剪切单元,剪切单元用于向岩体试样角部施加剪切作用力。
8、如上所述的锚注结构剪切试验装置,优选地,所述剪切单元包括剪切器与l型板,所述l型板安装在剪切器的端部,剪切器用于用于向l型板施加推力,所述l型板贴紧在岩体试样的角部位置。
9、如上所述的锚注结构剪切试验装置,优选地,所述剪切器为液压缸,所述l型板的外部转角位置进行倒角处理,所述液压缸的伸出杆顶抵在l型板的外部转角处。
10、如上所述的锚注结构剪切试验装置,优选地,所述围压加载系统还包括调节件,所述调节件设置在传力板的顶端与方形框之间,所述调节件用于调节传力板顶端与方形框之间的间距。
11、如上所述的锚注结构剪切试验装置,优选地,所述调节件为螺栓,所述螺栓螺纹装配在方形框的顶端,通过旋拧螺栓,以调节传力板顶端与方形框之间的间距。
12、如上所述的锚注结构剪切试验装置,优选地,所述试验装置还包括监测系统,所述监测系统包括监测器与多个应变片,多个应变片设置在岩体试样的表面,应变片与监测器信号连接,用于将应变片监测到的岩体试样受力数据传递给监测器。
13、如上所述的锚注结构剪切试验装置,优选地,所述锚注结构包括注浆锚杆或注浆锚索,所述注浆锚杆或注浆锚索通过注浆管与注浆组件连通。
14、如上所述的锚注结构剪切试验装置,优选地,所述弹性件为长方体形状,弹性件使用的采用为橡胶。
15、如上所述的锚注结构剪切试验装置,优选地,所述弹性件为多个弹簧,多个弹簧均匀的设置在传力板与岩体试样的侧面之间。
16、本申请还提供一种锚注结构剪切试验方法,该试验方法使用如上所述的锚注结构剪切试验装置,所述试验方法包括:
17、步骤1,将岩体试样放入框架组件中,并在岩体试样的每个面与方向框的每个内壁之间各放置一套围压加载系统;
18、步骤2,启动监测系统以实时监测岩体试样的围岩压力变化情况,使用加载器顶推传力板的底端,以对岩体试样施加围压;再使用注浆组件对注浆锚杆或注浆锚索进行注浆并进行养护;
19、步骤3,根据试验需要,启动不同层位的剪切单元对岩体试样进行剪切,试样剪切面以下位置的多组剪切单元保持不动,以对岩体试样进行固定;剪切单元对岩体试样施加剪切推力,监测系统实时观察岩体试样的围岩压力;并在剪切达到设计值后,观察围岩的破坏情况,以及锚注结构的破坏情况。
20、有益效果:
21、在该试验装置中,加载器从传力板的底部施加作用力,弹性件从上至下的形变量逐渐变大,进而使得岩体试样从上至下受到的围压逐渐变大,在岩体试样承受围压的基础上,使用注浆组件对注浆锚杆或注浆锚索进行注浆并进行养护,保证了该试验装置能够更加真实的模拟岩体试样受到的围压情况,以及锚注结构在围压作用下进行注浆的情况,有利于提高试验结果的准确性。同时,在岩体试样的四个角部位置均设置一套剪切系统,四套剪切系统配合使用,在岩体试样与锚注结构始终承受围压的基础上,剪切系统可以从不同层位对岩体试样及锚固在岩体试样内部的锚注结构进行剪切试验,不仅实现了对岩体试样与锚注结构剪切试验,而且还实现了对锚注结构剪切试验的多样性。
1.一种锚注结构剪切试验装置,其特征在于,所述试验装置包括:
2.根据权利要求1所述的锚注结构剪切试验装置,其特征在于,所述剪切单元包括剪切器与l型板,所述l型板安装在剪切器的端部,剪切器用于用于向l型板施加推力,所述l型板贴紧在岩体试样的角部位置。
3.根据权利要求2所述的锚注结构剪切试验装置,其特征在于,所述剪切器为液压缸,所述l型板的外部转角位置进行倒角处理,所述液压缸的伸出杆顶抵在l型板的外部转角处。
4.根据权利要求3所述的锚注结构剪切试验装置,其特征在于,所述围压加载系统还包括调节件,所述调节件设置在传力板的顶端与方形框之间,所述调节件用于调节传力板顶端与方形框之间的间距。
5.根据权利要求4所述的锚注结构剪切试验装置,其特征在于,所述调节件为螺栓,所述螺栓螺纹装配在方形框的顶端,通过旋拧螺栓,以调节传力板顶端与方形框之间的间距。
6.根据权利要求5所述的锚注结构剪切试验装置,其特征在于,所述试验装置还包括监测系统,所述监测系统包括监测器与多个应变片,多个应变片设置在岩体试样的表面,应变片与监测器信号连接,用于将应变片监测到的岩体试样受力数据传递给监测器。
7.根据权利要求6所述的锚注结构剪切试验装置,其特征在于,所述锚注结构包括注浆锚杆或注浆锚索,所述注浆锚杆或注浆锚索通过注浆管与注浆组件连通。
8.根据权利要求2所述的锚注结构剪切试验装置,其特征在于,所述弹性件为长方体形状,弹性件使用的采用为橡胶。
9.根据权利要求2所述的锚注结构剪切试验装置,其特征在于,所述弹性件为多个弹簧,多个弹簧均匀的设置在传力板与岩体试样的侧面之间。
10.一种锚注结构剪切试验方法,该试验方法使用如权利要求7所述的锚注结构剪切试验装置,其特征在于,所述试验方法包括: