用于室内模拟试验的预应力锚杆及试验方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910131172.5 (22)申请日 2019.02.22 (71)申请人 山东科技大学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区经济技 术开发区前湾港路579号 (72)发明人 于凤海赵同彬谭云亮邢明录 尹延春 (74)专利代理机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 代理人 张凯 (51)Int.Cl. E21D 21/00(2006.01) E21D 20/00(2006.01) (54)发明名称 一种用于室内模拟试验的预应力锚杆及试 验方法 (57)摘要 本。

2、发明提供了一种用于室内模拟试验的预 应力锚杆及试验方法， 涉及锚杆模拟试验技术领 域， 包括锚杆体、 锚固头、 承载板、 微型千斤顶、 垫 板、 螺母、 注液管和注液泵， 锚杆体的锚固端设置 有锚固头， 锚杆体的锚固端呈圆锥状， 锚固头侧 面开设有张紧缝， 承载板设置在锚杆外露端一 侧， 垫板上压设有螺母， 锚杆体依次穿过承载板、 微型千斤顶和垫板， 千斤顶通过注液管连接注液 泵， 注液管上设置有数显压力表。 进行模拟试验 时， 首先在相似材料模型上钻孔， 然后安装锚杆 预应力室内模拟试验系统， 通过注液泵施加预紧 力， 并根据数显压力表读数调节， 完成试验。 该锚 杆和试验方法解决了锚杆试验。

3、中预应力调节不 方便的问题， 还具有操作简便、 符合现场等优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 109973131 A 2019.07.05 CN 109973131 A 1.一种用于室内模拟试验的预应力锚杆， 其特征在于， 包括锚杆体、 锚固头、 承载板、 微 型千斤顶、 垫板、 螺母、 注液管、 数显压力表和注液泵； 所述锚杆体的锚固端设置有锚固头， 锚杆体连接锚固头的端部呈圆锥状， 锚固头在侧面开设有张紧缝； 所述锚杆体依次穿过承 载板、 微型千斤顶和垫板， 螺母设置在锚杆体的外露端； 所述承载板设置在锚杆外露端一 侧， 承载板和垫板之间设置有微型千斤顶， 垫板上压设有螺母。

4、； 所述千斤顶通过注液管连接 注液泵， 注液管上设置有数显压力表。 2.根据权利要求1所述的一种用于室内模拟试验的预应力锚杆， 其特征在于， 所述锚杆 体的锚固端设置有外螺纹， 锚固端螺纹长度大于锚固头长度； 所述锚杆体的外露端设置有 外螺纹， 外露端外螺纹长度大于螺母长度。 3.根据权利要求2所述的一种用于室内模拟试验的预应力锚杆， 其特征在于， 所述锚固 头呈圆柱状， 锚固头外表面设置有倒齿状摩擦纹， 所述锚固头轴线上设置有和锚杆体直径 相同的通孔， 通孔内设置有内螺纹， 与锚杆体的锚固端外螺纹相配合。 4.根据权利要求1所述的一种用于室内模拟试验的预应力锚杆， 其特征在于， 所述微型 千。

5、斤顶具体为筒状的千斤顶， 千斤顶内径等于锚杆体直径， 外径小于承载板和垫板的直径。 5.根据权利要求1所述的一种用于室内模拟试验的预应力锚杆， 其特征在于， 所述注液 管上设置有三通管， 三通管上连接有数显压力表， 所述三通管上各支路均设置有开关。 6.根据权利要求1所述的一种用于室内模拟试验的预应力锚杆， 其特征在于， 所述锚杆 体使用钢材制作， 所述锚固头由塑料制作而成， 所述螺母为六角螺母。 7.一种锚杆预应力室内模拟试验方法， 利用权利要求1至6任一项所述的一种用于室内 模拟试验的预应力锚杆进行试验， 其特征在于， 步骤包括： A.制作相似材料模型， 在模型上钻孔， 根据锚杆长度和直径。

6、调整钻孔的深度和钻孔直 径； B.根据锚固段长度设计锚固头长度， 安装锚固头， 将锚固头送至钻孔孔底； C.安设锚杆体， 锚杆体锚固段通过螺纹和锚固头配合， 将锚杆体旋送至设计深度； D.依次安设承载板、 微型千斤顶、 垫板和螺母， 通过螺母拧紧； E.连接注液管、 三通管、 数显压力表和注液泵； F.设计锚杆预紧力， 打开三通管开关， 通过注液泵加压至设计锚杆预紧力大小， 静置3 5min观察压力表读数， 若压力降低继续加压， 直至压力表读数保持不变， 关闭三通管开 关。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109973131 A 2 一种用于室内模拟试验的预应力锚杆及试验方法 技术领域 00。

7、01 本发明涉及锚杆模拟试验技术领域， 尤其是一种用于室内模拟试验预应力可调的 锚杆， 以及利用该锚杆进行模拟试验的方法。 背景技术 0002 锚杆支护在采矿、 岩土、 隧道等工程领域得到广泛应用， 锚杆支护效果与锚固长度 及预应力大小等密切相关。 受现场工程的限制， 现场试验存在一定的困难， 室内模拟试验成 为一种重要的研究手段。 0003 目前， 在室内模拟试验中， 锚杆模拟材料按材质可分为木质(楠竹、 圆杆等)、 塑料 (树脂锚杆)、 钢质(圆钢、 螺杆等)， 由于模拟时锚固剂粘结时长度控制困难常采用全长锚 固， 且前两类无预紧力， 钢制的一般采用螺母施加， 预应力大小不可控且精准监测困。

8、难， 由 此造成模拟效果与工程实际差异较大。 因此， 围绕如何实现室内试验锚杆的精准模拟， 现有 技术进行了一系列改进， 例如微型预应力锚杆， 该锚杆采用粘结剂全长锚固， 通过外露端增 设弹簧实现预应力的施加， 并采用小型压力环监测锚杆受力情况， 但受锚杆锚固长度、 弹簧 与承压片耦合及压力环与壁面接触等的限制， 造成室内试验结果与工程实际存在较大差 异。 因此， 需要一种室内模拟试验用的预应力锚杆， 实现锚杆不同锚固长度及预应力调节的 试验系统， 以便获取更好的锚杆室内模拟效果。 发明内容 0004 为解决锚杆的预应力和锚固长度调节不方便的技术问题， 本发明提供了一种用于 室内模拟试验的预应。

9、力锚杆及试验方法， 具体技术方案如下。 0005 一种用于室内模拟试验的预应力锚杆， 包括锚杆体、 锚固头、 承载板、 微型千斤顶、 垫板、 螺母、 注液管、 数显压力表和注液泵； 锚杆体的锚固端设置有锚固头， 锚杆体连接锚固 头的端部呈圆锥状， 锚固头在侧面开设有张紧缝； 锚杆体依次穿过承载板、 微型千斤顶和垫 板， 螺母设置在锚杆体的外露端； 承载板设置在锚杆外露端一侧， 承载板和垫板之间设置有 微型千斤顶， 垫板上压设有螺母； 千斤顶通过注液管连接注液泵， 注液管上设置有数显压力 表。 0006 优选的是， 锚杆体的锚固端设置有外螺纹， 锚固端螺纹长度大于锚固头长度； 锚杆 体的外露端设。

10、置有外螺纹， 外露端外螺纹长度大于螺母长度。 0007 进一步优选的是， 锚固头呈圆柱状， 锚固头外表面设置有倒齿状摩擦纹， 锚固头轴 线上设置有和锚杆体直径相同的通孔， 通孔内设置有内螺纹， 与锚杆体的锚固端外螺纹相 配合。 0008 优选的是， 微型千斤顶具体为筒状的千斤顶， 千斤顶内径等于锚杆体直径， 外径小 于承载板和垫板的直径。 0009 优选的是， 注液管上设置有三通管， 三通管上连接有数显压力表， 三通管上各支路 均设置有开关。 说明书 1/4 页 3 CN 109973131 A 3 0010 优选的是， 锚杆体使用钢材制作， 锚固头由塑料制作而成， 螺母为六角螺母。 0011。

11、 一种锚杆预应力室内模拟试验方法， 利用上述的一种用于室内模拟试验的预应力 锚杆进行试验， 步骤包括： 0012 A.制作相似材料模型， 在模型上钻孔， 根据锚杆长度和直径调整钻孔的深度和钻 孔直径； 0013 B.根据锚固段长度设计锚固头长度， 安装锚固头， 将锚固头送至钻孔孔底； 0014 C.安设锚杆体， 锚杆体锚固段通过螺纹和锚固头配合， 将锚杆体旋送至设计深度； 0015 D.依次安设承载板、 微型千斤顶、 垫板和螺母， 通过螺母拧紧； 0016 E.连接注液管、 三通管、 数显压力表和注液泵； 0017 F.设计锚杆预紧力， 打开三通管开关， 通过注液泵加压至设计锚杆预紧力大小， 。

12、静 置35min观察压力表读数， 若压力降低继续加压， 直至压力表读数保持不变， 关闭三通管 开关。 0018 本发明的有益效果包括： 0019 (1)本发明提供的用于室内模拟试验的预应力锚杆， 采用注液泵调控微型千斤顶 的伸缩， 实现了锚杆预紧力的精准调节， 操作简单、 易于控制， 能够实现多种不同预应力大 小的施加， 解决了仅采用螺母施加预应力范围小、 不可控的局限， 拓展了锚杆模拟试验的范 围。 0020 (2)通过使用不同长度锚固头， 实现锚杆不同锚固长度的室内试验模拟， 适合研究 全长锚固所造成锚杆预紧力效果不明显的问题， 使锚杆模拟试验更加符合现场实际。 系统 采用承载板结构， 使。

13、得微型千斤顶与壁面接触更为充分， 有效避免由于开挖巷道壁面不平， 微型千斤顶在注液加压过程中易产生局部应力集中的现象。 0021 (3)锚杆预应力室内模拟试验的方法， 在室内相似材料模型上加设锚杆， 锚杆的直 径和长度调节方便， 根据实际的锚杆锚固段长度设计锚固头， 从而更好的模拟实际锚杆受 力， 通过注液泵加压保持合适的预紧力， 从而实现对预紧力的控制， 进而研究预紧力和锚杆 锚固长度对锚杆锚固的影响。 附图说明 0022 图1是用于室内模拟试验的预应力锚杆示意图； 0023 图2是锚固头截面结构示意图； 0024 图3是锚杆预应力室内模拟试验示意图； 0025 图中： 1-锚杆体； 2-承。

14、载板； 3-微型千斤顶； 4-垫板； 5-螺母； 6-注液管； 7-数显压力 表； 8-注液泵； 9-锚固头。 具体实施方式 0026 结合图1至图3所示， 本发明提供了一种用于室内模拟试验的预应力锚杆及试验方 法的具体实施方式如下。 0027 一种用于室内模拟试验的预应力锚杆具体包括锚杆体1、 锚固头9、 承载板2、 微型 千斤顶3、 垫板4、 螺母5、 注液管6、 数显压力表7和注液泵8。 锚杆体1一端通过螺纹和锚固头9 相连， 用于固定锚杆体的锚固端， 锚固头和锚杆体的连接方便了锚杆锚固长度的调节； 另一 说明书 2/4 页 4 CN 109973131 A 4 端通过螺纹和螺母5相连，。

15、 用于紧固锚杆， 微型千斤顶3用于调整锚杆预紧力的大小， 实现了 锚杆预紧力的调节控制， 对锚杆预紧力的研究具有重要意义， 液压泵8通过注液管连接微型 千斤顶3， 通过数显压力表7和液压泵8精确调整预紧力。 0028 锚杆体1的锚固端设置有锚固头9， 锚杆体1连接的锚固头9端部呈圆锥状， 从而方 便锚杆体1插入锚杆钻孔和锚固头， 锚固头9在侧面开设有张紧缝， 从而可以使锚固头适应 不同直径的钻孔， 以及根据锚杆直径进行适当的放缩， 其中张紧缝的设计宽度可以为2 6mm， 从而满足大部分尺径的要求， 还可以保证锚固力的有效施加。 另外， 利用锚固头代替锚 固剂进行锚固， 从而可以精确调节锚固长度。

16、。 锚固头9呈圆柱状， 锚固头9可以由塑料制作而 成， 锚固头9外表面设置有倒齿状摩擦纹， 更好的固定锚固头， 保证锚固头9的位置不变， 锚 固头9轴线上设置有和锚杆体直径相同的通孔， 也可以略小于锚杆从而通过张紧缝更好的 锁紧锚杆， 通孔内设置有内螺纹， 与锚杆体1的锚固端外螺纹相配合。 通过使用不同长度锚 固头， 实现锚杆不同锚固长度的室内试验模拟， 解决了全长锚固所造成锚杆预紧力效果不 明显的问题， 使锚杆模拟试验更加符合现场实际。 0029 锚杆体1依次穿过承载板2、 微型千斤顶3和垫板4， 螺母5设置在锚杆体1的外露端， 螺母5可以为六角螺母。 锚杆体1使用钢材制作， 用于模拟锚杆，。

17、 承载板2设置在锚杆外露端 一侧， 承载板2和垫板4之间设置有微型千斤顶3， 垫板4上压设有螺母5。 其中承载板2和垫板 4具体可以是中部含有与锚杆体直径相同圆孔的钢板， 钢板直径较大， 保证微型千斤顶3安 装方便。 锚杆体1的锚固端设置有外螺纹， 锚固端螺纹长度大于锚固头长度， 从而可以有效 锚固， 锚杆体1的外露端设置有外螺纹， 外露端外螺纹长度大于螺母长度， 从而方便螺母固 定。 另外， 该系统采用承载板2结构， 使得微型千斤顶与巷道壁面接触更为充分， 有效避免了 由于开挖巷道壁面不平， 微型千斤顶在注液加压过程中易产生局部应力集中的现象。 0030 微型千斤顶3通过注液管6连接注液泵8。

18、， 注液管6上设置有数显压力表7。 微型千斤 顶3具体为筒状的千斤顶， 千斤顶的承载能力小于20T， 千斤顶内径等于锚杆体直径， 方便锚 杆穿过， 锚杆穿过微型千斤顶3从而可以更好的对锚杆施加预紧力， 千斤顶的外径小于承载 板和垫板的直径。 注液管6上设置有三通管， 三通管上连接有数显压力表7， 三通管上各支路 均设置有开关。 注液管的端部均设置有液压管连接头方便安装， 并可以根据试验需要设置 分流开关采用一个注液泵对微型千斤顶进行加压， 或者使用多个注液泵分别对微型千斤顶 进行加压。 采用注液泵调控微型千斤顶的伸缩， 实现了锚杆预紧力的精准调节， 操作简单、 易于控制， 能够实现多种不同预应。

19、力大小的施加， 解决了仅采用螺母施加预应力范围小、 不 可控的局限， 拓展了锚杆模拟试验的范围。 0031 一种锚杆预应力室内模拟试验方法， 利用上述的一种用于室内模拟试验的预应力 锚杆进行试验， 具体的试验步骤包括： 0032 A.制作相似材料模型， 在模型上钻孔， 根据试验方案确定的锚杆长度和直径， 调整 钻孔的深度和钻孔直径。 具体是在相似材料模型上， 按照设计要求， 采用钻孔工具， 钻取设 计直径与深度的钻孔， 并进行清孔。 0033 B.根据锚固段长度设计锚固头长度， 安装锚固头， 将锚固头送至钻孔孔底， 也可以 通过锚杆体将锚固头送入孔底。 0034 C.安设锚杆体， 锚杆体锚固段。

20、通过螺纹和锚固头配合， 将锚杆体旋送至设计深度。 0035 D.依次安设承载板、 微型千斤顶、 垫板和螺母， 通过螺母拧紧， 使得承载板、 微型千 说明书 3/4 页 5 CN 109973131 A 5 斤顶和垫板紧密接触。 0036 E.连接注液管、 三通管、 数显压力表和注液泵， 具体是通过注液管将三通分别与注 液泵及微型千斤顶相连， 并将数显压力表连接在三通上。 0037 F.设计锚杆预紧力， 打开三通管开关， 通过注液泵加压至预紧力大小， 静置3 5min观察压力表读数， 若压力降低继续加压， 持续观察， 直至压力表读数保持不变， 关闭三 通管开关。 0038 G.重复步骤A至F， 。

21、在相似材料模型上设置多个预紧力试验锚杆。 0039 锚杆预应力室内模拟试验的方法， 在室内相似材料模型上加设锚杆， 锚杆的直径 和长度调节方便， 根据实际的锚杆锚固段长度设计锚固头， 从而更好的模拟实际锚杆受力， 通过注液泵加压保持合适的预紧力， 从而实现对预紧力的控制， 进而研究预紧力和锚杆锚 固长度对锚杆锚固的影响。 0040 当然， 上述说明并非是对本发明的限制， 本发明也并不仅限于上述举例， 本技术领 域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、 改型、 添加或替换， 也应属于本发明的 保护范围。 说明书 4/4 页 6 CN 109973131 A 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 109973131 A 7 图3 说明书附图 2/2 页 8 CN 109973131 A 8 。