一种用于锚杆抗冲击性测试的试验装置及方法

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及岩土工程室内测试技术领域，具体地说是涉及一种用于锚杆抗冲击性测试的试验装置及方法。背景技术：2.为适应国民经济发展的需要，我国基础工程建设和资源开发正在逐步向深部发展，围岩支护的重要性更加体现。地下工程隧道开挖用到的爆破施工、高地应力产生的岩爆和工程施工产生的震动等，会对已施工支护的锚杆产生冲击作用，这给地下工程的安全施工和支护造成诸多不利影响。因此，测试锚杆的抗冲击性显得尤为重要，但目前还没有成熟的室内测试装置以对锚杆的抗冲击性进行测试。技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种用于锚杆抗冲击性测试的试验装置及方法，模拟锚杆处于受围岩力状态，对锚杆进行抗冲击性测试。4.为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：5.一种用于锚杆抗冲击性测试的试验装置，包括支撑平台、第一夹持器、第二夹持器、待测锚杆、待测固定材料、立架、围压施加单元、径向冲击单元、轴向冲击单元和轴向受载单元；6.所述支撑平台上依次设置所述第一夹持器和所述第二夹持器，所述第一夹持器上设置有第一夹持部，所述第二夹持器上设置有第二夹持部；7.所述待测锚杆的一侧位于所述第一夹持部内，所述待测锚杆的另一侧位于所述第二夹持部内，所述待测锚杆的外表面贴敷有应变片，所述待测锚杆与所述第一夹持部之间以及所述待测锚杆与所述第二夹持部之间填充所述待测固定材料；8.所述立架上设置所述围压施加单元，所述围压施加单元作用于所述第一夹持器，以对所述待测锚杆的一侧施加围压；9.所述立架上设置所述径向冲击单元，所述径向冲击单元包括滑座、第一提升机、第一触发控制器、第一牵引绳和第一冲击锤，所述滑座滑动连接于所述立架上，所述滑座可经限位机构锁定于所述立架上，所述滑座上布置所述第一提升机和所述第一触发控制器，所述第一提升机经第一牵引绳连接所述第一冲击锤，所述第一冲击锤沿着竖直方向移动，所述第一提升机经第一牵引绳提升所述第一冲击锤至设定高度，所述第一触发控制器用于解除所述第一提升机对第一牵引绳的牵引，以使所述第一冲击锤向下坠落作用于所述第二夹持器，对所述待测锚杆的另一侧的径向施加冲击作用力；10.所述立架上设置所述轴向冲击单元，所述轴向冲击单元包括第二提升机、第二触发控制器、第二牵引绳和第二冲击锤，所述立架上布置所述第二提升机和所述第二触发控制器，所述第二提升机经第二牵引绳连接所述第二冲击锤，所述第二冲击锤沿着竖直方向移动；11.所述轴向受载单元包括接头器、第三牵引绳、定滑轮和冲击座，所述接头器连接所述待测锚杆的末端，所述第三牵引绳的一端连接所述接头器，所述第三牵引绳经所述定滑轮变向，所述第三牵引绳的另一端连接所述冲击座，所述冲击座沿着竖直方向移动，所述冲击座位于所述第二冲击锤的下方位置；12.所述第二提升机经第二牵引绳提升所述第二冲击锤至设定高度，所述第二触发控制器用于解除所述第二提升机对第二牵引绳的牵引，以使所述第二冲击锤向下坠落作用于所述冲击座，所述冲击座经第三牵引绳作用于接头器，对所述待测锚杆的轴向施加冲击作用力。13.优选的，所述第一夹持器包括第一下夹持座和第一上夹持座，所述第一下夹持座设置于所述支撑平台上，所述第一上夹持座位于所述第一下夹持座的上方位置，所述第一下夹持座和所述第一上夹持座共同包围的空间设置为所述第一夹持部，所述第一上夹持座滑动连接所述支撑平台上，所述第一上夹持座可相对于所述支撑平台沿竖直方向移动。14.优选的，所述围压施加单元包括加载千斤顶、加载压头和压力传感器，所述压力传感器的感测端连接所述加载千斤顶的注油端，所述加载千斤顶沿着竖直方向布置，所述加载千斤顶的缸体端设置于所述立架上，所述加载千斤顶的伸缩端设置所述加载压头，所述加载压头位于所述第一上夹持座的上方位置，所述加载千斤顶的伸缩端相对于缸体端伸出，以使加载压头作用于所述第一上夹持座上。15.优选的，所述第二夹持器包括气囊、第二下夹持座和第二上夹持座，所述气囊设置于所述支撑平台上，所述气囊连接有充气单元，所述第二下夹持座位于所述气囊的上方位置，所述第二下夹持座滑动连接所述支撑平台上，所述第二下夹持座相对于所述支撑平台沿竖直方向移动，所述第二上夹持座位于所述第二下夹持座的上方位置，所述第二下夹持座和所述第二上夹持座共同包围的空间设置为第二夹持部，所述第二上夹持座滑动连接所述支撑平台上，所述第二上夹持座相对于所述支撑平台沿竖直方向移动。16.优选的，所述滑座的底部设置有导向柱，所述导向柱沿着竖直方向伸展，所述第一冲击锤上开设上、下贯通的第一通孔，所述导向柱穿过所述第一通孔，所述第一冲击锤经第一通孔滑动配合所述导向柱。17.优选的，所述第二冲击锤上开设上、下贯通的第二通孔，所述第三牵引绳穿过所述第二通孔，所述第二冲击锤经第二通孔滑动配合所述第三牵引绳。18.优选的，所述限位机构包括第一限位孔、第二限位孔和限位销，所述第一限位孔开设于所述滑座上，所述第二限位孔设置为多个，多个所述第二限位孔依次开设于立架上，多个所述第二限位孔位于滑座滑动的路径上，所述限位销连接所述第一限位孔和其中一个第二限位孔。19.优选的，还包括控制单元，所述控制单元分别经信号线缆连接第一提升机、第一触发控制器、第二提升机和第二触发控制器。20.优选的，所述接头器与待测锚杆连接的一端设置有螺纹孔，所述待测锚杆的末端螺纹连接于所述螺纹孔。21.一种用于锚杆抗冲击性测试的方法，应用上述的用于锚杆抗冲击性测试的试验装置，所述方法如下：22.步骤1、选择设定型号的待测锚杆，选择设定规格的待测固定材料；23.步骤2、调节第二夹持部与第一夹持部处于同一轴线位置，将待测锚杆的一侧布置于第一夹持部内，将待测锚杆的另一侧布置于第二夹持部内，在待测锚杆的外表面贴敷应变片，在待测锚杆与第一夹持部之间以及待测锚杆与第二夹持部之间填充待测固定材料，将接头器连接待测锚杆的末端；24.步骤3、由围压施加单元作用于第一夹持器，以对待测锚杆的一侧施加围压；25.步骤4、选择设定重量的第一冲击锤，由第一提升机经第一牵引绳提升第一冲击锤至设定高度，第一触发控制器解除第一提升机对第一牵引绳的牵引，第一冲击锤向下坠落作用于第二夹持器，对待测锚杆的另一侧不同位置的径向施加冲击作用力；26.选择设定重量的第二冲击锤，由第二提升机经第二牵引绳提升第二冲击锤至设定高度，第二触发控制器解除第二提升机对第二牵引绳的牵引，第二冲击锤向下坠落作用于冲击座，对待测锚杆的轴向施加冲击作用力；27.步骤5、拆卸下待测锚杆，观测待测锚杆的破坏形态，通过应变片表征待测锚杆所受的冲击作用力。28.本发明的有益技术效果是：29.本发明的用于锚杆抗冲击性测试的试验装置及方法，可以对不同型号的待测锚杆并针对设定规格的待测固定材料，在设定等级冲击作用下对待测锚杆进行抗冲击性测试，具体的，可以通过围压施加单元及第一夹持器的配合模拟待测锚杆所处的受围岩力状态，通过径向冲击单元及第二夹持器的配合以对待测锚杆不同位置的径向施加设定等级的冲击作用力，通过轴向冲击单元及轴向受载单元的配合以对待测锚杆的轴向施加设定等级的冲击作用力；试验装置结构简单，便于操作人员进行试验操作，可以方便地探究锚杆抗冲击性的影响因素。附图说明30.图1为本发明实施例用于锚杆抗冲击性测试的试验装置的主视图；31.图2为本发明实施例用于锚杆抗冲击性测试的试验装置的俯视图；32.图3为本发明实施例接头器部分的结构示意图。具体实施方式33.为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。35.在本发明实施例中，提供一种用于锚杆抗冲击性测试的试验装置，请参考图1至图3所示。36.一种用于锚杆抗冲击性测试的试验装置，包括支撑平台11、第一夹持器(第一下夹持座211和第一上夹持座212)、第二夹持器(气囊221、第二下夹持座222和第二上夹持座223)、待测锚杆31、待测固定材料32、立架12、围压施加单元(加载千斤顶41、加载压头42和压力传感器43)、径向冲击单元(滑座51、第一提升机52、第一触发控制器53、第一牵引绳54和第一冲击锤55)、轴向冲击单元(第二提升机61、第二触发控制器62、第二牵引绳63和第二冲击锤64)和轴向受载单元(接头器71、第三牵引绳72、定滑轮73和冲击座74)。37.支撑平台11上从左到右依次设置第一夹持器和第二夹持器，第一夹持器上设置有第一夹持部，第二夹持器上设置有第二夹持部。38.第一夹持器包括第一下夹持座211和第一上夹持座212。第一下夹持座211设置于支撑平台11上的左侧，第一上夹持座212位于第一下夹持座211的上方位置，第一下夹持座211和第一上夹持座212共同包围的空间设置为第一夹持部。其中，支撑平台11的左侧沿着竖直方向布置导轨，第一上夹持座212上设置与导轨配合的滑块，使第一上夹持座212滑动连接支撑平台11上，使第一上夹持座212可相对于支撑平台11沿竖直方向移动，使第一上夹持座212靠近或远离第一下夹持座211。39.第二夹持器包括气囊221、第二下夹持座222和第二上夹持座223。气囊221设置于支撑平台11上的右侧，气囊221连接有充气单元，充气单元可以为气泵，由充气单元向气囊221充气使气囊221膨胀，气囊221膨胀以带动第二下夹持座222及第二上夹持座223向上升起，进而调节使第二夹持部与第一夹持部处于同一轴线位置。第二下夹持座222位于气囊221的上方位置，支撑平台11的右侧下方沿着竖直方向布置导轨，第二下夹持座222上设置与导轨配合的滑块，使第二下夹持座222滑动连接支撑平台11上，使第二下夹持座222相对于支撑平台11沿竖直方向移动。第二上夹持座223位于第二下夹持座222的上方位置，第二下夹持座222和第二上夹持座223共同包围的空间设置为第二夹持部。支撑平台11的右侧上方沿着竖直方向布置导轨，第二上夹持座223上设置与导轨配合的滑块，使第二上夹持座223滑动连接支撑平台11上，使第二上夹持座223相对于支撑平台11沿竖直方向移动。40.此外，在下文所述的第一冲击锤55向下坠落作用于第二上夹持座223时，第二上夹持座223及第二下夹持座222受冲击向下移动，气囊221受第二下夹持座222挤压发生变形，气囊221受挤压变形，可以对待测锚杆31施加一个持续震荡的剪切力，这样使得待测锚杆31受到的径向冲击更贴近实际。此外，气囊221受挤压变形可以使第二加持器产生更大的竖向变形，这相当于放大了第一冲击锤55的冲击能量。相较于“第二加持器不设置气囊221”，在实现第一冲击锤55相同的冲击能量情况下，可以减轻第一冲击锤55的重量，降低第一冲击锤55被提升的高度，便于试验装置的轻量化、小型化布置。41.待测锚杆31的一侧位于第一夹持部内，待测锚杆31的另一侧位于第二夹持部内，待测锚杆31的外表面沿着直线贴敷有多个应变片8，应变片8通过信号线缆引出信号，待测锚杆31与第一夹持部之间以及待测锚杆31与第二夹持部之间填充待测固定材料32。42.立架12上设置围压施加单元，围压施加单元作用于第一夹持器，以对待测锚杆31的一侧施加围压。具体的，围压施加单元包括加载千斤顶41、加载压头42和压力传感器43。压力传感器43的感测端连接加载千斤顶41的注油端，加载千斤顶41沿着竖直方向布置，加载千斤顶41的缸体端设置于立架12上，加载千斤顶41的伸缩端设置加载压头42，加载压头42位于第一上夹持座212的上方位置。加载千斤顶41的伸缩端相对于缸体端伸出，以使加载压头42作用于第一上夹持座212上。其中，压力传感器43经信号线缆连接控制器9，控制器9还经信号线缆连接液压注入单元(如液压泵)，控制器9可以设置为计算机。由控制器9控制液压注入单元向加载千斤顶41的注油端注入液压油，实现加载千斤顶41对第一上夹持座212的加载，并通过压力传感器43实时反馈液压油压力，以精确控制加载千斤顶41对第一上夹持座212的加载围压。43.立架12上设置径向冲击单元，径向冲击单元包括滑座51、第一提升机52、第一触发控制器53、第一牵引绳54和第一冲击锤55。立架12上沿着左右方向布置导轨，滑座51滑动连接于立架12上的导轨，滑座51可经限位机构锁定于立架12上。滑座51沿着立架12上的导轨滑动，以带动调节第一冲击锤55的坠落位置，使第一冲击锤55作用于待测锚杆31另一侧的不同位置。在第一冲击锤55处于水平方向设定位置后，通过限位机构将滑座51锁定于立架12上。44.限位机构包括第一限位孔571、第二限位孔572和限位销573，第一限位孔571开设于滑座51上，第二限位孔572设置为多个，多个第二限位孔572依次开设于立架12上，多个第二限位孔572位于滑座51滑动的路径上，限位销573连接第一限位孔571和其中一个第二限位孔572，以实现滑座51与立架12之间的锁定。45.滑座51的底部设置导向柱56，导向柱56沿着竖直方向伸展，第一冲击锤55上开设上、下贯通的第一通孔，导向柱56穿过第一通孔，第一冲击锤55经第一通孔滑动配合导向柱56。如此，以在第一冲击锤55坠落时，由导向柱56对第一冲击锤55进行导向，控制第一冲击锤55坠落至第二上夹持座223的设定位置，进而精确控制第一冲击锤55对待测锚杆31的冲击位置。46.滑座51上布置第一提升机52和第一触发控制器53，第一提升机52经第一牵引绳54连接第一冲击锤55，第一冲击锤55沿着竖直方向移动。第一提升机52经第一牵引绳54提升第一冲击锤55至设定高度，第一触发控制器53用于解除第一提升机52对第一牵引绳54的牵引，以使第一冲击锤55向下坠落作用于第二夹持器的第二上夹持座223，对待测锚杆31的另一侧的径向施加冲击作用力。47.其中，第一触发控制器53可以设置为第一提升机52的电控单元，通过第一触发控制器53控制第一提升机52通电运行或失电解除对第一牵引绳54的牵引。第一触发控制器53控制第一提升机52通电运行，第一提升机52的滚筒转动，以将第一牵引绳54卷绕在滚筒上，在将第一冲击锤55提升至设定高度后，第一触发控制器53控制第一提升机52失电解除对第一牵引绳54的牵引，第一冲击锤55在自身重力的作用下向下坠落。48.立架12上设置轴向冲击单元，轴向冲击单元包括第二提升机61、第二触发控制器62、第二牵引绳63和第二冲击锤64。立架12上布置第二提升机61和第二触发控制器62，第二提升机61经第二牵引绳63连接第二冲击锤64，第二冲击锤64沿着竖直方向移动。49.轴向受载单元包括接头器71、第三牵引绳72、定滑轮73和冲击座74。接头器71连接待测锚杆31的末端，第三牵引绳72的一端连接接头器71，第三牵引绳72经定滑轮73变向，第三牵引绳72的另一端连接冲击座74，冲击座74沿着竖直方向移动，冲击座74位于第二冲击锤64的下方位置。50.接头器71与待测锚杆31连接的一端设置有螺纹孔，待测锚杆31的末端螺纹连接于螺纹孔。如此，以方便接头器71与待测锚杆31的安装、拆卸。51.第二提升机61经第二牵引绳63提升第二冲击锤64至设定高度，第二触发控制器62用于解除第二提升机61对第二牵引绳63的牵引，以使第二冲击锤64向下坠落作用于冲击座74，冲击座74经第三牵引绳72作用于接头器71，对待测锚杆31的轴向施加冲击作用力。52.其中，第二触发控制器62可以设置为第二提升机61的电控单元，通过第二触发控制器62控制第二提升机61通电运行或失电解除对第二牵引绳63的牵引。第二触发控制器62控制第二提升机61通电运行，第二提升机61的滚筒转动，以将第二牵引绳63卷绕在滚筒上，在将第二冲击锤64提升至设定高度后，第二触发控制器62控制第二提升机61失电解除对第二牵引绳63的牵引，第二冲击锤64在自身重力的作用下向下坠落作用于冲击座74。53.第二冲击锤64上开设上、下贯通的第二通孔，第三牵引绳72穿过第二通孔，第二冲击锤64经第二通孔滑动配合第三牵引绳72。如此，以使第二冲击锤64沿着第三牵引绳72坠落，确保第二冲击锤64作用于冲击座74上。54.控制单元9分别经信号线缆连接第一提升机52、第一触发控制器53、第二提升机61和第二触发控制器62。由控制单元9控制第一提升机52、第一触发控制器53、第二提升机61和第二触发控制器62的动作，实现试验过程的半自动化操作。55.在本发明实施例中，还提供一种用于锚杆抗冲击性测试的方法，应用上述的用于锚杆抗冲击性测试的试验装置，所述方法如下：56.步骤1、选择设定型号的待测锚杆31，将待测锚杆31放置在养护室内按照设定的养护条件养护，养护条件包括温度、湿度及养护时间；选择设定规格的待测固定材料32，待测固定材料32为不同的，根据待测锚杆31不同的锚固环境选择对应规格的待测固定材料32，以模拟待测锚杆31不同的围岩状况。57.步骤2、由充气单元向气囊221充气使气囊221膨胀，气囊221膨胀以带动第二下夹持座222及第二上夹持座223向上升起，调节第二夹持部与第一夹持部处于同一轴线位置，将待测锚杆31的一侧布置于第一夹持部内，将待测锚杆31的另一侧布置于第二夹持部内，在待测锚杆31的外表面贴敷应变片8，在待测锚杆31与第一夹持部之间以及待测锚杆31与第二夹持部之间填充待测固定材料32，将接头器71连接待测锚杆31的末端。58.步骤3、由围压施加单元作用于第一夹持器，以对待测锚杆31的一侧施加围压。59.步骤4、选择设定重量的第一冲击锤55，由第一提升机52经第一牵引绳54提升第一冲击锤55至设定高度，第一触发控制器53解除第一提升机52对第一牵引绳54的牵引，第一冲击锤55向下坠落作用于第二夹持器，使滑座51沿着立架12上的导轨滑动，以带动调节第一冲击锤55的坠落位置，使第一冲击锤55作用于待测锚杆31另一侧的不同位置，对待测锚杆31的另一侧不同位置的径向施加冲击作用力；其中，根据第一冲击锤55的重量大小和第一冲击锤55提升的高度，来确定第一冲击锤55下落产生的动能，进而确定第一冲击锤55对待测锚杆31的另一侧的径向施加不同等级的冲击能量。60.选择设定重量的第二冲击锤64，由第二提升机61经第二牵引绳63提升第二冲击锤64至设定高度，第二触发控制器62解除第二提升机61对第二牵引绳63的牵引，第二冲击锤64向下坠落作用于冲击座74，对待测锚杆31的轴向施加冲击作用力；其中，根据第二冲击锤64的重量大小和第二冲击锤64提升的高度，来确定第二冲击锤64下落产生的动能，进而确定第二冲击锤64对待测锚杆31的轴向施加不同等级的冲击能量。61.步骤5、拆卸下待测锚杆31，观测待测锚杆31的破坏形态(是否断裂、断裂的位置等)，通过应变片8表征待测锚杆31所受的冲击作用力。在待测锚杆31未破坏的情况下，待测锚杆上应变片8表征待测锚杆31所受的冲击作用力越大，待测锚杆31能承受的冲击能量越大，说明待测锚杆31的抗冲击性越大，锚杆的抗冲击性能就越好；通过待测锚杆31破坏时的断裂的位置、裂缝及裂缝形状来判断待测锚杆31抗冲击性薄弱的位置。62.至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明用于锚杆抗冲击性测试的试验装置有了清楚的认识。本发明的用于锚杆抗冲击性测试的试验装置及方法，可以对不同型号的待测锚杆31并针对设定规格的待测固定材料32，在设定等级冲击作用下对待测锚杆31进行抗冲击性测试，具体的，可以通过围压施加单元及第一夹持器的配合模拟待测锚杆31所处的受围岩力状态，通过径向冲击单元及第二夹持器的配合以对待测锚杆31不同位置的径向施加设定等级的冲击作用力，通过轴向冲击单元及轴向受载单元的配合以对待测锚杆31的轴向施加设定等级的冲击作用力；试验装置结构简单，便于操作人员进行试验操作，可以方便地探究锚杆抗冲击性的影响因素。63.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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