構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其解決了現(xiàn)有技術中的試驗裝置不能夠模擬構(gòu)造應力影響下的錨桿受沖擊破壞這一技術問題。其包括六面體試件、試件盒、錨桿、以及加載在試件盒上的和前、后加載單元，左、右加載單元及頂部加載單元，錨桿安裝在試件的錨孔中，其中左加載單元包括沖擊重塊、提升裝置、導向桿、沖擊底座、翹桿和加載裝置，通過提升裝置向沖擊重塊提供豎向應力，翹桿將豎向應力轉(zhuǎn)化為試件的側(cè)向力，強力彈簧瞬間膨脹伸長，對試件迅速進行補充加載，補充能量，模擬了外部圍巖對煤巖體的進一步擠壓做功；爆裂出的巖塊對錨桿產(chǎn)生沖擊作用，從而模擬工程現(xiàn)場中錨桿受沖擊破壞情況。
【專利說明】
構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程中錨桿受沖擊破壞的測定技術領域，具體涉及一種構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置。
【背景技術】
[0002]錨桿預緊力大小的施加及其預緊后的受力情況和破碎圍巖的強度密切相關，而復雜圍巖環(huán)境的存在要求施加不同的錨桿預緊力，預緊力過小達不到提高圍巖錨固體強度的目的，而較大的預緊力也可能造成破碎圍巖的進一步加劇，兩者均會造成錨桿支護圍巖作用的失效。因而，合理的錨桿預緊力大小的施加對錨桿支護礦山巷道、硐室、隧道等破碎圍巖的強度強化具有重要意義。
[0003]目前，公知的錨桿受力測定裝置有彈性元件電力測力計、液壓枕指針式示測力計和錨桿體的固定扭矩螺帽等多種測定裝置，測力元件直接安裝到錨桿的外露端，測定錨桿的受力狀況，但由于測力計體積較大、造價高和使用不便，其只限于工程中極少量錨桿預緊力及其受力狀況的抽查或試驗研究，不能對工程中所有的錨桿的預緊力及其受力狀況進行測定，這為排除由于施工中錨桿的預緊力不足而帶來的安全隱患造成困難。
[0004]隨著煤炭開采深度不斷增加，開采難度不斷增大，煤巖體受到的高應力愈加強烈，在這種條件下應用的錨桿，其受沖擊破壞能力變得尤為重要，因而，進行錨桿受沖擊破壞模擬試驗對礦山巷道、硐室等有效支護具有重要意義。
[0005]現(xiàn)有技術中的實驗室測試設備僅能模擬重力影響下的沖擊地壓(豎向沖擊)發(fā)生機理，并不能夠模擬構(gòu)造應力影響下的沖擊地壓(側(cè)向沖擊)發(fā)生機理，導致不能真實反映在復雜條件下發(fā)生沖擊地壓時錨桿對圍巖的支護效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術中測試設備存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，該裝置通過模擬外部圍巖對煤巖體的擠壓做功，進一步使得煤巖體爆裂對對錨桿產(chǎn)生沖擊作用，從而模擬工程現(xiàn)場中錨桿受沖擊破壞情況。
[0007]其技術解決方案包括:
[0008]—種構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其包括六面體試件、試件盒、銷桿、以及加載在所述試件盒上的前、后加載單元，左、右加載單元及頂部加載單元，所述銷桿安裝在試件的錨孔中，所述錨桿與所述試件一起放置在所述試件盒中，所述左加載單元包括沖擊重塊、提升裝置、導向桿、沖擊底座、翹桿和加載裝置，沖擊重塊套在所述導向桿上，并與所述導向桿之間形成滑動連接，所述提升裝置與所述沖擊重塊的頂部連接，以控制所述沖擊重塊的上升或下降，下降后的沖擊重塊落在所述沖擊底座上，所述沖擊底座連接所述翹桿；
[0009]所述加載裝置包括加載架、加載油缸和強力彈簧，所述加載架的主框架是由兩個面積不同的矩形板平行排布而成，其中，面積小的矩形板在靠近所述試件盒的一側(cè)，在面積大的矩形板的中心處設置有通孔，在所述通孔外圍設置有若干個圓孔，所述加載油缸連接有兩個加載桿，所述翹桿與其中一個加載桿連接，另一個加載桿穿過所述通孔并貼合在面積小的矩形板外側(cè)，在每個圓孔上安裝有緊固螺栓，所述強力彈簧的一端粘貼在面積小的矩形板內(nèi)側(cè)，另一端貼合在所述試件盒上。
[0010]上述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，在靠近左加載單元的試件盒的端面上焊接有端蓋，端蓋為回型板結(jié)構(gòu)。
[0011]上述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，翹桿斜向設置，在翹桿的底部設置有翹桿支撐座，翹桿與加載桿通過連接頭連接。
[0012]上述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，頂部加載單元，前、后加載單元和右加載單元均包括加載油缸和與所述加載油缸連接的加載桿，加載桿貼合在試件盒上。
[0013]上述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，提升裝置包括馬達、馬達軸和絞盤，所述絞盤套在所述馬達軸上，所述絞盤上纏繞有繩索，所述繩索的另一頭與所述沖擊重塊的頂部連接。
[0014]上述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，馬達配設有馬達底座，馬達軸配設有馬達軸支撐座，繩索是由鋼材料制成的。
[0015]上述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，試件盒與頂部加載單元，左、右加載單元和前、后加載單元中的加載桿貼合處均設置有加載墊塊。
[0016]上述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，試件盒的底部固定在試件盒支撐架上，試件盒支撐架下方為底座板。
[0017]上述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，加載墊塊由剛性材質(zhì)制成。
[0018]上述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，錨桿通過樹脂錨固劑固定在試件中部。
[0019]本發(fā)明所帶來的有益技術效果:
[0020]本發(fā)明利用沖擊重塊下落的重力，再結(jié)合翹桿原理，將豎直方向的沖擊力轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)向的沖擊力，與直接進行側(cè)向沖擊相比，在實現(xiàn)條件上要簡單，比如如果使用側(cè)向沖擊，需要設置側(cè)向沖擊裝置，并且該裝置需單獨設置儲能裝置，實現(xiàn)起來較為復雜。實現(xiàn)豎向沖擊力起決定性作用的是沖擊重塊和翹桿機構(gòu)。通過頂部、前后、左右加載單元，對試件進行預加載，其中左加載單元的彈簧上緊緊固螺栓即可進行加載，預加載使得試件達到初始高應力狀態(tài)，然后沖擊重塊的沖擊力傳遞至試件，對試件進行沖擊，試件收到?jīng)_擊后發(fā)生破壞，而此時加載桿不再能夠及時對試件進補充加載，這時，由于左側(cè)彈簧具有彈性，所以能夠及時進行補充加載。
[0021 ]在左加載單元中，通過翹桿原理將提升裝置提供給沖擊重塊的豎直方向的沖擊力傳遞至試件的側(cè)向，用來模擬試件受構(gòu)造應力影響下發(fā)生沖擊地壓;通過加載油缸和強力彈簧對試件施加壓力，使其處于高應力狀態(tài)下，通過沖擊重塊對試件施加側(cè)向沖擊荷載，由于強力彈簧具有高能量彈性，不會像常規(guī)剛性立柱一樣對沖擊荷載造成支撐效應影響，實現(xiàn)了讓試件在持續(xù)荷載條件下承受沖擊荷載的目標;試件在高應力及沖擊擾動條件下破壞，其強度降低并發(fā)生一定壓縮破壞，在這個過程中強力彈簧瞬間膨脹伸長，對試件迅速進行補充加載，即補充能量，模擬了外部圍巖對煤巖體的進一步擠壓做功，爆裂出的巖塊對錨桿產(chǎn)生沖擊作用，從而模擬工程現(xiàn)場中錨桿受沖擊破壞。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
[0023]圖1為本發(fā)明構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置主視圖；
[0024]圖2為本發(fā)明構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置正視圖；
[0025]圖3主要示出了左加載單元中加載裝置部分示意圖；
[0026]圖中，1、沖擊重塊，2、馬達，3、絞盤，4、馬達軸，5.馬達軸支撐座，6、繩索，7、馬達底座，8、導向桿，9、試件盒框架，10、前后加載墊塊，11、上下加載墊塊，12、左右加載墊塊，13、試件，14、前后加載油缸，15、前后支撐板，16、前后支撐柱，17、頂部加載油缸，18、上支撐板，
19、上下支撐柱，20、沖擊底座，21、翹桿，22、翹桿支撐座，23、連接頭，24、左加載桿，25、左加載桿支撐座，26、加載架，27、強力彈簧，28、端蓋，29、右加載油缸，30、右支撐板，31、試件盒支撐架，32、底座板，33、錨桿。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明提出了一種構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，為了使本發(fā)明的優(yōu)點、技術方案更加清楚、明確，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做詳細說明。
[0028]結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置具體包括六面體的試件盒、六面體的試件13、錨桿和加載機構(gòu)，試件盒外套有試件盒框架9，錨桿33通過錨固劑固定在試件13的中部，并與試件13—起放置在試件盒中，加載機構(gòu)對試件盒的頂、左、右、前、后六個面施加載荷，即分別為前后、左右、頂部加載，其中，前后加載單元包括前后加載油缸14、前后支撐板15和前后支撐柱16，加載油缸14連接的加載桿貼合在試件盒表面，在貼合處設置有前后加載墊塊10，頂部加載單元包括頂部加載油缸17、上支撐板18和上下支撐柱19，與頂部加載油缸17連接的加載桿與試件盒的貼合處設置有上下加載墊塊11，即通過前后加載單元和上下加載單元作用在試件盒上，完成對試件13的前后、上下加載，優(yōu)選試件13整體為梯形結(jié)構(gòu)。
[0029]結(jié)合圖1和圖3所示，左加載單元作為本發(fā)明的主要改進點，它可以模擬試件13受構(gòu)造應力影響下發(fā)生沖擊地壓，左加載單元包括沖擊重塊1、提升裝置、導向桿8、沖擊底座
20、翹桿21和加載裝置，沖擊重塊I帶孔，它套在導向桿8上，可沿著導向桿8進行上下滑動，沖擊重塊I的頂部吊在提升裝置上，通過提升裝置控制，沖擊重塊I可沿導向桿8上下滑動，導向桿8也可以防止沖擊重塊I在下落的過程中發(fā)生較大的偏移，下降后的沖擊重塊落在沖擊底座20上，沖擊底座連接翹桿21，翹桿21斜向設置，在其底部安設有翹桿支撐座22;試件盒的左右兩側(cè)分別設置有左右加載墊塊12，在靠近左加載單元的試件盒的端面上焊接有呈回型板結(jié)構(gòu)的端蓋28，目的在于增加緊固螺栓的緊固行程。
[0030]加載裝置包括加載架26、左加載油缸和強力彈簧27，加載架26的主框架是由兩個面積不同的矩形板平行排布而成，其中，面積小的矩形板在靠近試件盒的一側(cè)，在面積大的矩形板的中心處設置有通孔，在通孔外圍設置有若干個圓孔，加載油缸兩端分別連接有兩個左加載桿24，左加載桿24安設在用于對它進行固定的左加載桿支撐座25，翹桿21通過連接頭23與其中的一個左加載桿連接，另一個左加載桿穿過通孔并貼合在面積小的矩形板外偵U，在每個圓孔上安裝有緊固螺栓，強力彈簧27的一端粘貼在面積小的矩形板內(nèi)側(cè)，另一端貼合在試件盒上，試件左右方向加載時，左側(cè)擰動緊固螺栓使得加載架26頂緊強力彈簧27，通過左加載墊塊對試件進行左側(cè)加壓，試件右側(cè)通過右加載油缸加壓所述強力彈簧的一端粘貼在面積小的矩形板內(nèi)側(cè)，另一端貼合在試件盒上，由于強力彈簧具有高能量彈性，不會像常規(guī)剛性立柱一樣對沖擊荷載造成支撐效應影響，實現(xiàn)了讓試件在持續(xù)荷載條件下承受沖擊荷載的目標;右加載單元包括右加載油缸29、與該右加載油缸29連接的右加載桿和右支撐板30。
[0031]提升裝置包括馬達2、馬達軸4和絞盤3，馬達軸4直接與馬達2連接，馬達下方配設馬達底座7，馬達軸配設有馬達軸支撐座5，絞盤3套在馬達軸上，絞盤上纏繞有由鋼材料制成的繩索6，繩索6的另一頭與沖擊重塊I的頂部連接，通過馬達提供動力使得絞盤3旋轉(zhuǎn)，通過收放繩索6，從而控制繩索6下部的沖擊重塊上升或下降。
[0032]試件13整體優(yōu)選為梯形結(jié)構(gòu)，試件盒的底部固定在試件盒支撐架31上，試件盒支撐架下方為底座板32，在試件盒上下、左右、前后面上的加載墊塊優(yōu)選為剛性材質(zhì)制成。
[0033]下面結(jié)合具體的試驗方法對本發(fā)明做進一步說明。
[0034]本發(fā)明的試驗方法是:
[0035]第一步、制作巖石試件和錨桿試件，并通過錨固劑將錨桿試件安裝到巖石試件的銷桿孔中；
[0036]第二步、將安裝有錨桿的試件放入試件盒，安裝試件盒就位，分別安裝頂部加載單元，左、右加載單元和前、后加載單元；
[0037]第三步、通過前后加載油缸、頂部加載油缸、加載架和強力彈簧、右加載油缸對試件加載，使試件達到要求的應力狀態(tài)，然后保持；
[0038]第四步、調(diào)整沖擊重塊的高度和重量，然后釋放沖擊重塊，對試件進行沖擊，爆裂出的巖塊對錨桿產(chǎn)生沖擊作用，從而模擬工程現(xiàn)場中錨桿受沖擊破壞情況。
[0039]需要說明的是，本發(fā)明中的提供豎直方向沖擊力的沖擊重塊與提升裝置，還可用如沖擊力錘體等來代替，本領域技術人員在本發(fā)明的啟示下所做的常規(guī)或等同替換，均應在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其包括六面體試件、試件盒、錨桿、以及加載在所述試件盒上的前、后加載單元，左、右加載單元及頂部加載單元，其特征在于: 所述錨桿安裝在試件的錨孔中，所述錨桿與所述試件一起放置在所述試件盒中，所述左加載單元包括沖擊重塊、提升裝置、導向桿、沖擊底座、翹桿和加載裝置，沖擊重塊套在所述導向桿上，并與所述導向桿之間形成滑動連接，所述提升裝置與所述沖擊重塊的頂部連接，以控制所述沖擊重塊的上升或下降，下降后的沖擊重塊落在所述沖擊底座上，所述沖擊底座連接所述翹桿； 所述加載裝置包括加載架、加載油缸和強力彈簧，所述加載架的主框架是由兩個面積不同的矩形板平行排布而成，其中，面積小的矩形板在靠近所述試件盒的一側(cè)，在面積大的矩形板的中心處設置有通孔，在所述通孔外圍設置有若干個圓孔，所述加載油缸連接有兩個加載桿，所述翹桿與其中一個加載桿連接，另一個加載桿穿過所述通孔并貼合在面積小的矩形板外側(cè)，在每個圓孔上安裝有緊固螺栓，所述強力彈簧的一端粘貼在面積小的矩形板內(nèi)側(cè)，另一端貼合在所述試件盒上。2.根據(jù)權利要求1所述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其特征在于:在靠近所述左加載單元的試件盒的端面上焊接有端蓋，所述端蓋為回型板結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權利要求1所述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其特征在于:所述翹桿斜向設置，在所述翹桿的底部設置有翹桿支撐座，所述翹桿與加載桿通過連接頭連接。4.根據(jù)權利要求1所述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其特征在于:所述頂部加載單元，前、后加載單元和右加載單元均包括加載油缸和與所述加載油缸連接的加載桿，所述加載桿貼合在試件盒上。5.根據(jù)權利要求1所述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其特征在于:所述提升裝置包括馬達、馬達軸和絞盤，所述絞盤套在所述馬達軸上，所述絞盤上纏繞有繩索，所述繩索的另一頭與所述沖擊重塊的頂部連接。6.根據(jù)權利要求1所述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其特征在于:所述馬達配設有馬達底座，所述馬達軸配設有馬達軸支撐座，所述繩索是由鋼材料制成的。7.根據(jù)權利要求1?6任一項所述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其特征在于:所述試件盒與頂部加載單元，左、右加載單元和前、后加載單元中的加載桿貼合處均設置有加載墊塊。8.根據(jù)權利要求7所述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其特征在于:所述試件盒的底部固定在試件盒支撐架上，所述試件盒支撐架下方為底座板。9.根據(jù)權利要求7所述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其特征在于:所述加載墊塊由剛性材質(zhì)制成。10.根據(jù)權利要求7所述的構(gòu)造應力影響下錨桿受沖擊破壞模擬試驗裝置，其特征在于:所述錨桿通過樹脂錨固劑固定在試件中部。
【文檔編號】G01M7/08GK106017842SQ201610511683
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】蔣宇靜, 劉建康, 王剛, 王冬冬, 張學朋, 欒恒杰, 王長盛
【申請人】山東科技大學