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专利号: 2022114202111
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种复合载荷下的全尺寸岩体锚杆锚固性能的试验系统,其特征在于,包括主框架、同向拉扭加载机构和竖向剪切加载机构,所述主框架包括双平行卧式反力框架和竖向反力框架,竖向反力框架架设在双平行卧式反力框架上;所述同向拉扭加载机构和竖向剪切加载机构与主框架协同布置;所述同向拉扭加载机构对锚固岩体进行拉伸、扭转同步加载,所述竖向剪切加载机构施加静态载荷或模拟动载扰动,所述同向拉扭加载机构和竖向剪切加载机构分别独立加载;

所述双平行卧式反力框架包括外侧板、内侧板、前承载板、后承载板、支座和地面垫板,内侧板和外侧板平行布置,内侧板和外侧板之间留设安装空间,前承载板和后承载板分别设置在内侧板、外侧板的两端;所述支座固定在地面垫板上;

所述竖向反力框架包括上部承载板、反力架光杠、下部承载板和运动轨道,所述运动轨道固定设置在地面垫板上,竖向反力框架沿运动轨道移动;所述反力架光杠设置在上部承载板的下方,并配合安装在内侧板和外侧板之间的安装空间;

所述同向拉扭加载机构,包括拉伸加载机构、联动机构、扭转加载机构,所述扭转加载机构与拉伸加载机构之间设置联动机构,拉伸加载机构包括水平拉压油缸、油缸固定杆、定向导杆、第一导向板、轮辐传感器和内丝螺孔连接盘;所述扭转加载机构包括扭转电机、电机固定座、电机固定框架、第一扭转传动轴、扭矩传感器、第二扭转传动轴、滚珠轴承、滑块、导轨、固定大板和固定板;所述联动机构包括双列圆柱滚子轴承、第二导向板、第一带轮、单向推力球轴承、变截面圆筒转轴、推力圆柱滚子轴承、定轴、皮带、第二带轮、联动框架和连接套筒;

所述水平拉压油缸为双向加载油缸,水平拉压油缸通过油缸固定杆固定在前承载板上;所述承载板预留圆孔,预留圆孔的直径大于水平拉压油缸的活塞直径;所述水平拉压油缸活塞尾端为变径螺纹丝杆,轮辐传感器和变径螺纹丝杆相配合;所述轮辐传感器通过长螺柱与第一导向板、内丝螺孔连接盘固定连接;所述第一导向板上设置有钻孔,钻孔直径大于水平拉压油缸的活塞直径;所述轮辐传感器感测水平拉压油缸与定轴之间的轴向拉力,内丝螺孔连接盘固定在定轴前端的螺纹丝杠上;所述内丝螺孔连接盘后侧通过定轴与变截面圆筒转轴相互耦合形成的内腔中布置有单向推力轴承和推力圆柱滚子轴承;变截面圆筒转轴与第二导向板形成的内腔中布置有双列圆柱滚子轴承,变截面圆筒转轴绕定轴旋转;

所述第一导向板和第二导向板通过定向导杆与前承载板相连接;所述变截面圆筒转轴的外环上安装有第一带轮,扭转电机驱动第二带轮旋转,皮带连接第一带轮和第二带轮;第一带轮转动同时带动变截面圆筒转轴和拉扭加载框架旋转;所述扭转电机通过电机固定座安装在扭转电机固定框架上,扭转电机固定框架固定安装在扭转加载机构的固定大板的滑块上,所述滑块配合在扭转加载机构的导轨上,所述固定大板通过扭矩反力板与主框架的侧板相连接;所述竖向剪切加载机构包括竖向拉压动静载油缸、油缸固定杆、囊式蓄能器、油缸连通器、竖向加载轮辐传感器、连接盘、加载柱和加载板;所述囊式蓄能器与油缸连通器和拉压动静载油缸相连,拉压动静载油缸的油缸活塞依次连接固定竖向加载轮辐传感器、连接盘、加载柱和加载板。

2.根据权利要求1所述的一种复合载荷下的全尺寸岩体锚杆锚固性能的试验系统,其特征在于,所述电机固定座为中空的筒状结构,第一扭转传动轴穿过电机固定座与扭转电机的转动轴相连,第一扭转传动轴、第二扭转传动轴均与扭矩传感器相连,第二扭转传动轴与滚珠轴承及第二带轮相连,所述滚珠轴承通过轴承座配置在固定大板的滑块上;所述扭转电机固定框架通过联动机构与第一导向板、第二导向板固定连接,联动机构上部通过导轨滑块机构与扭转加载机构相连;所述扭转加载机构通过联动机构与中间联动机构、拉伸加载机构同时运动。

3.一种复合载荷下的全尺寸岩体锚杆锚固性能试验方法,利用权利要求1或2所述的一种复合载荷下的全尺寸岩体锚杆锚固性能的试验系统,其特征在于,包括:

进行全尺寸锚杆拉拔测试试验时,安装拉扭液压夹具和锚杆拉扭液压夹具固定挡板,通过同向拉扭加载机构施加拉拔力,测试岩体内锚杆的拉拔参数;

进行全尺寸锚杆拉扭测试试验时,安装拉扭液压夹具和锚杆拉扭液压夹具固定挡板,通过同向拉扭加载机构施加拉拔力和扭转力,测试岩体内锚杆的拉扭参数;

进行全尺寸锚杆拉剪扭测试试验时,通过同向拉扭加载机构施加拉拔力和扭转力,在锚杆杆体的轴向任意位置施加竖向剪切载荷。

4.一种复合载荷下的全尺寸岩体锚杆锚固性能试验方法,利用权利要求1或2所述的一种复合载荷下的全尺寸岩体锚杆锚固性能的试验系统,其特征在于,包括:

进行全尺寸锚杆或杆状材料的拉伸、扭转、剪切单独性能的测试;或者进行全尺寸锚杆或杆状材料拉伸、扭转、剪切综合力学性能测试;或者在裂隙锚固岩体试样的同一裂隙面上施加拉伸、扭转、剪切耦合载荷;或者模拟巷帮变形及裂隙扩张情况下的锚杆受力;

所述全尺寸锚杆的锚固基试样为圆形截面锚固岩体试样,所述裂隙锚固岩体试样包括多个串联的锚固基体试样。