一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法
一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法，属于力学性能测试技术领域。
【背景技术】
[0002]岩土工程中，采用锚杆或锚索锚固技术，利用锚杆或锚索将破碎或者不稳定岩土体与稳定岩土体连接在一起，来提高工程岩体的整体稳定性，显著节约工程材料，有利于施工安全，已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂的岩土工程问题最有效的方法之一。与喷锚挂网等传统支护方法相比，锚杆或锚索支护可以在岩土体开挖后能及时和快速地提供支护，主动地加固岩土体，有效地控制岩土体变形，保护地层的原有强度、提高软弱或潜在滑动面的抗剪强度，使岩土体应力状态朝稳定方向发展，能有效地防止岩土体坍塌破坏等优点。因此，锚杆或锚索锚固技术广泛应用于矿山、交通、水利水电、地质等隧道、边坡、山体加固工程中。
[0003]现在锚杆或锚索本体的检测主要是采用锚杆或锚索力学性能试验机对锚杆或锚索本体进行拉压、扭转、弯曲及剪切力的试验，由于矿井下情况复杂，锚杆或锚索在井下的受力情况一般也与锚固后的岩石或煤体所受的力的情况相关，锚杆或锚索锚固后会承受拉力、扭力、弯曲力及横向剪切力，目前并没有一种可同时对锚固后的锚杆或锚索(即锚固组合体)进行上述力的试验；采用目前这种试验机会导致锚杆或锚索试验与实际差距较大，使得试验测量的不全面，无法为后续研宄提供数据支持；另外矿井下的岩石或煤体其力学性能和锚杆或锚索锚固后的性能与所处的环境也有密切关系，如温度、湿度、气体的浓度，液体PH值等都会影响锚固组合体的力学性能，只有接近矿井下实际情况才能真正的测量到所需的锚杆组合体的力学性能，便于锚杆或锚索在矿井下的实际应用。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法，可对锚固组合体进行拉压、扭转、弯曲及剪切的力学试验，同时能使锚固组合体处于模拟矿井下的环境进行试验，使试验的情况与实际情况相似，提高试验试样所得数据与矿下实际情况得到的数据更接近。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:该种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，包括锚杆或锚索力学性能试验机、三轴加载装置、数据处理系统、显示装置、报警装置、数据传输装置、扫描监测装置和锚固组合体监测系统，三轴加载装置设置在锚杆或锚索力学性能试验机的一端，所述的三轴加载装置为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置，每个压力装置分别设有一个电磁控制阀并与液压系统连接，电磁控制阀与数据处理系统连接；数据处理系统分别与锚固组合体监测系统、报警装置、显示装置、数据传输装置和扫描监测装置连接。
[0006]进一步，还包括箱体及温度效应试验系统，所述的温度效应试验系统包括温度传感器、热电偶和冷却液喷吹装置，温度传感器、热电偶和冷却液喷吹装置设置在箱体内，温度传感器、热电偶和冷却液喷吹装置分别与数据处理系统连接。增加温度效应试验系统能保证锚固组合体的煤岩试样处于各种温度下进行试验，得出相应的数据。
[0007]进一步，还包括化学效应试验系统，所述的化学效应试验系统包括PH值检测装置，所述的PH值检测装置设置在箱体内，PH值检测装置与数据处理系统连接。增加化学效应试验系统可使锚固组合体的煤岩试样处于各种PH不同的溶液下进行试验，然后得出相应的数据。
[0008]进一步，所述的化学效应试验系统中的箱体设有进气口和出气口，在进气口和出气口处各设有一个气体流量检测装置，箱体内部设有气体浓度检测装置，所述的气体流量检测装置和气体浓度检测装置分别与数据处理系统连接。增加进气口和出气口，可使锚固组合体的煤岩试样处于各种气体情况下进行试验，然后得出相应的数据。
[0009]进一步，还包括光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪，光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪与数据处理系统连接。便于采集的煤岩试样进行组分测定，并进行分类处理。
[0010]进一步，所述的扫描监测装置可以为红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合；采用不同的监测装置可得出锚固组合体内部的各种情况，便于后续的研宄。
[0011]进一步，所述的锚固组合体监测系统包括锚固组合体轴向监测装置和锚固组合体力学参数采集装置；锚固组合体轴向监测装置可以采集在试验时锚固组合体的轴向载荷和轴向位移数据；锚固组合体力学参数采集装置可以采集在试验时锚固组合体所受的扭矩、扭转切应力、弯矩、剪力、弯曲正应力、弯曲切应力、剪切应力等力学参数，便于后续分析。
[0012]进一步，所述的压力装置为一个或多个液压油缸。
[0013]进一步，所述的液压系统包括六个液压泵，每个液压泵站分别与一个压力装置连接。使用六个液压泵保证每个液压泵供给一个压力装置，便于压力装置的单独控制。
[0014]一种多相多场耦合锚固体组合变形试验方法，具体步骤为:
[0015]1、锚固组合体力学性能试验:
[0016]A.通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪对采集的煤岩试样进行分析，确定各个煤岩试样中各种物质的组分，然后进行分类；由于煤岩试样中各种物质的组分不同会影响煤岩试样的力学性能，通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪分析测定后，划分组分范围，对煤岩试样进行分类，分别进行带有不同煤岩试样的锚固组合体的力学性能试验，提高试验精确度；
[0017]B.将锚杆或锚索按照材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型进行分类，使分类后的锚杆或锚索无差异化；由于锚杆或锚索的材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型的不同都对锚固组合体的力学性能产生影响，因此分类进行试验；
[0018]C.将分类后的煤岩试样与锚索或锚杆固定形成锚固组合体；
[0019]D.将锚固组合体的煤岩试样部分放置在三轴加载装置中，然后调节三轴之间的角度后固定；可任意调节所需的预应力的加载角度；
[0020]E.通过数据处理系统控制三轴加载装置上各个压力装置对煤岩试样施加预应力；由于采用单独控制，这样就可以控制每个压力装置的压力值及施压预应力的时间，同时可单独进行压力的卸载；
[0021]F.锚固组合体的锚杆或锚索部分放置于锚杆或锚索力学性能试验机的锚索试验位置；
[0022]G.锚杆或锚索力学性能试验机对锚固组合体的锚杆或锚索部分进行拉压、扭转、弯曲及剪切的一种或多种组合的力学试验，同时通过数据处理系统控制三轴加载装置上各个压力装置对锚固组合体的煤岩试样部分施加预应力；然后将锚杆或锚索力学性能试验机对锚杆或锚索施加的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力的数据、扫描监测装置采集到的数据及液压系统中各个压力装置的压力值传送给数据处理系统进行分析处理；
[00 23]H.重复上述步骤D?G，可调整三轴之间的角度值、各个压力装置对岩石施加的预应力值、锚杆或锚索力学性能试验机对锚杆或锚索的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力值，采用单根或多根的锚杆或锚索与煤岩试样形成锚固组合体，在多根锚杆或锚索的一端与煤岩试样锚固时，其另一端通过螺栓与固定板连接，固定板在与锚杆或锚索力学性能试验机连接，然后通过螺栓可调整各个锚杆或锚索在煤岩试样与固定板之间的长度；最后通过数据处理系统得出施加各种大小不同的力情况下及采用各种组分不同的煤岩试样，进行锚固组合体的力学性能试验，通过采用红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合，得出锚固组合体内部的裂隙、断面及裂隙发育情况的相应试验数据；
[0024]I1、对煤岩试样进行注浆后的锚固组合体力学性能试验:
[0025]①上述步骤I中试验后监测到煤岩试样内部裂隙位置，采用钻进装置对锚固组合体中的煤岩试样进行钻孔；
[0026]②通过钻孔向煤岩试样内部裂隙中注浆，停止后进行步骤I中的锚固组合体力学性能试验，得出在注浆情况下的锚固组合体的力学性能参数；
[0027]II1、在化学效应系统中锚固组合体力学性能试验:
[0028]a.将锚固组合体放置在化学效应系统中，通过对煤岩试样浸泡在不同PH值的溶液后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过PH检测装置将实时的PH值传递给数据处理系统，进而得出在各个PH值溶液下锚固组合体的力学性能参数；
[0029]b.将锚固组合体浸泡在化学效应系统中的溶液时，通过进气口对箱体内注入各种气体后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过设置在进气口和出气口的气体流量检测装置记录注入气体和排除气体的流量值，气体浓度检测装置实时检测容器箱体内的气体浓度值，将上述测量的数据均传递给数据处理系统，进而得出在各种气体及其不同的浓度的情况和通过进出口的流量情况得出煤岩试样对各种气体的吸收情况下的锚固组合体力学性能的试验参数；
[0030]IV、在温度效应系统中锚固组合体力学性能试验:
[0031]将锚固组合体放置在温度效应系统中，通过数据处理系统控制热电偶加热或冷却液喷吹装置冷冻，使煤岩试样处于各种不同的温度下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，得出在各种温度情况下锚固组合体的力学性能参数；
[0032]V、综合环境下锚固组合体力学性能试验:
[0033]将锚固组合体放置在温度效应系统和化学效应系统中，可模拟最接近矿井下环境的情况下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，可综合得出在上述各种情况下锚固组合体的力学性能参数；若测量数值异常，可通过数据处理系统中的报警装置，提示相关人员进行及时处理；
[0034]V1、综合分析处理:将上述各个步骤得出的各种数据进行综合汇总，然后分析对比锚固组合体在各个环境中所得出的力学性能参数，得出各种环境下对锚固组合体力学性能的影响情况。
[0035]与现有技术相比，本发明采用三轴加载装置、数据处理系统、化学效应试验系统和温度效应试样系统相结合可对锚固组合体中的煤岩试样施加预应力的情况下进行拉压、扭转、弯曲及剪切力的力学试验；另外可进行群锚效应的锚固组合体试验，而且由于采用温度效应试验系统和化学效应试验系统，通过调节系统的温度及注入各种不同的化学溶剂和各种气体，改变岩样所处的温度场、化学场，同时结合岩样所受的应力场，从而得到锚固组合体在应力场、温度场、化学场、固、液、气等多场多相耦合作用下的力学特征，为后续的研宄提供数据支持。另外测量煤岩试样在注浆情况下的锚固组合体的力学性能参数，同时能使锚固组合体的煤岩试样处于模拟矿井下的环境进行试验，使试验的情况与实际情况相似，提高试验试样所得数据与矿下实际情况得到的数据更接近。
【附图说明】
[0036]图1是本发明的结构示意图；
[0037]图2是图1的A向的局部剖视图；
[0038]图3是本发明中单根锚杆形成的锚固组合体示意图；
[0039]图4是图3的B向剖视图；
[0040]图5是本发明中多根锚杆形成的锚固组合体示意图；
[0041]图6是本发明中温度效应系统的结构示意图；
[0042]图7是本发明中化学效应系统的结构示意图；
[0043]图8是本发明的整体电原理图。
[0044]图中:1、三轴加载装置，2、锚索力学性能试验机，3、箱体，4、温度传感器，5、热电偶，6、气体流量检测装置，7、气体浓度检测装置，8、PH值检测装置，9、冷却液喷吹装置。
【具体实施方式】
[0045]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0046]如图1至图8所示，本发明包括锚杆或锚索力学性能试验机、三轴加载装置1、数据处理系统、显示装置、报警装置、数据传输装置、扫描监测装置和锚固组合体监测系统，三轴加载装置I设置在锚杆或锚索力学性能试验机2的一端，所述的三轴加载装置I为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置，每个压力装置分别设有一个电磁控制阀并与液压系统连接，电磁控制阀与数据处理系统连接；数据处理系统分别与锚固组合体监测系统、报警装置、显示装置、数据传输装置和扫描监测装置连接。
[0047]进一步，还包括箱体3及温度效应试验系统，所述的温度效应试验系统包括温度传感器4、热电偶5和冷却液喷吹装置9，温度传感器4、热电偶5和冷却液喷吹装置9设置在箱体3内，温度传感器4、热电偶5和冷却液喷吹装置9分别与数据处理系统连接。增加温度效应试验系统能保证锚固组合体的煤岩试样处于各种温度下进行试验，得出相应的数据。
[0048]进一步，还包括化学效应试验系统，所述的化学效应试验系统包括PH值检测装置8，所述的PH值检测装置8设置在箱体3内，PH值检测装置8与数据处理系统连接。增加化学效应试验系统可使锚固组合体的煤岩试样处于各种PH不同的溶液下进行试验，然后得出相应的数据。
[0049]进一步，所述的化学效应试验系统中的箱体设有进气口和出气口，在进气口和出气口处各设有一个气体流量检测装置6，箱体3内部设有气体浓度检测装置7，所述的气体流量检测装置6和气体浓度检测装置7分别与数据处理系统连接。增加进气口和出气口，可使锚固组合体的煤岩试样处于各种气体情况下进行试验，然后得出相应的数据。
[0050]进一步，还包括光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪，光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪与数据处理系统连接。便于采集的煤岩试样进行组分测定，并进行分类处理。
[0051]进一步，所述的扫描监测装置可以为红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合；采用不同的监测装置可得出 锚固组合体内部的各种情况，便于后续的研宄。
[0052]进一步，所述的锚固组合体监测系统包括锚固组合体轴向监测装置和锚固组合体力学参数采集装置；锚固组合体轴向监测装置可以采集在试验时锚固组合体的轴向载荷和轴向位移数据；锚固组合体力学参数采集装置可以采集在试验时锚固组合体所受的扭矩、扭转切应力、弯矩、剪力、弯曲正应力、弯曲切应力、剪切应力等力学参数，便于后续分析。
[0053]进一步，所述的压力装置为一个或多个液压油缸。
[0054]进一步，所述的液压系统包括六个液压泵，每个液压泵站分别与一个压力装置连接。使用六个液压泵保证每个液压泵供给一个压力装置，便于压力装置的单独控制。
[0055]一种多相多场耦合锚固体组合变形试验方法，具体步骤为:
[0056]1、锚固组合体力学性能试验:
[0057]A.通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪对采集的煤岩试样进行分析，确定各个煤岩试样中各种物质的组分，然后进行分类；由于煤岩试样中各种物质的组分不同会影响煤岩试样的力学性能，通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪分析测定后，划分组分范围，对煤岩试样进行分类，分别进行带有不同煤岩试样的锚固组合体的力学性能试验，提高试验精确度；上述的煤岩试样也可替换为与煤岩试样相似的材料进行试验；
[0058]B.将锚杆或锚索按照材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型进行分类，使分类后的锚杆或锚索无差异化；由于锚杆或锚索的材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型的不同都对锚固组合体的力学性能产生影响，因此分类进行试验；
[0059]C.将分类后的煤岩试样与锚索或锚杆固定形成锚固组合体；
[0060]D.将锚固组合体的煤岩试样部分放置在三轴加载装置I中，然后调节三轴之间的角度后固定；可任意调节所需的预应力的加载角度；
[0061]E.通过数据处理系统控制三轴加载装置I上各个压力装置对煤岩试样施加预应力；由于采用单独控制，这样就可以控制每个压力装置的压力值及施压预应力的时间，同时可单独进行压力的卸载；
[0062]F.锚固组合体的锚杆或锚索部分放置于锚杆或锚索力学性能试验机的锚索试验位置；
[0063]G.锚杆或锚索力学性能试验机2对锚固组合体的锚杆或锚索部分进行拉压、扭转、弯曲及剪切的一种或多种组合的力学试验，同时通过数据处理系统控制三轴加载装置I上各个压力装置对锚固组合体的煤岩试样部分施加预应力；然后将锚杆或锚索力学性能试验机2对锚杆或锚索施加的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力的数据、扫描监测装置采集到的数据及液压系统中各个压力装置的压力值传送给数据处理系统进行分析处理；
[0064]H.重复上述步骤D?G，可调整三轴之间的角度值、各个压力装置对岩石施加的预应力值、锚杆或锚索力学性能试验机2对锚杆或锚索的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力值，采用单根或多根的锚杆或锚索与煤岩试样形成锚固组合体，在多根锚杆或锚索的一端与煤岩试样锚固时，其另一端通过螺栓与固定板连接，固定板在与锚杆或锚索力学性能试验机2连接，然后通过螺栓可调整各个锚杆或锚索在煤岩试样与固定板之间的长度；最后通过数据处理系统得出施加各种大小不同的力情况下及采用各种组分不同的煤岩试样，进行锚固组合体的力学性能试验，通过采用红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合，得出锚固组合体内部的裂隙、断面及裂隙发育情况的相应试验数据；
[0065]I1、对煤岩试样进行注浆后的锚固组合体力学性能试验:
[0066]①上述步骤I中试验后监测到煤岩试样内部裂隙位置，采用钻进装置对锚固组合体中的煤岩试样进行钻孔；
[0067]②通过钻孔向煤岩试样内部裂隙中注浆，停止后进行步骤I中的锚固组合体力学性能试验，得出在注浆情况下的锚固组合体的力学性能参数；
[0068]II1、在化学效应系统中锚固组合体力学性能试验:
[0069]a.将锚固组合体放置在化学效应系统中，通过对煤岩试样浸泡在不同PH值的溶液后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过PH检测装置8将实时的PH值传递给数据处理系统，进而得出在各个PH值溶液下锚固组合体的力学性能参数；
[0070]b.将锚固组合体浸泡在化学效应系统中的溶液时，通过进气口对箱体3内注入各种气体后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过设置在进气口和出气口的气体流量检测装置6记录注入气体和排除气体的流量值，气体浓度检测装置7实时检测容器箱体内的气体浓度值，将上述测量的数据均传递给数据处理系统，进而得出在各种气体及其不同的浓度的情况和通过进出口的流量情况得出煤岩试样对各种气体的吸收情况下的锚固组合体力学性能的试验参数；
[0071]IV、在温度效应系统中锚固组合体力学性能试验:
[0072]将锚固组合体放置在温度效应系统中，通过数据处理系统控制热电偶5加热或冷却液喷吹装置9冷冻，使煤岩试样处于各种不同的温度下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，得出在各种温度情况下锚固组合体的力学性能参数；
[0073]V、综合环境下锚固组合体力学性能试验:
[0074]将锚固组合体放置在温度效应系统和化学效应系统中，可模拟最接近矿井下环境的情况下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，可综合得出在上述各种情况下锚固组合体的力学性能参数；若测量数值异常，可通过数据处理系统中的报警装置，提示相关人员进行及时处理；
[0075]V1、综合分析处理:将上述各个步骤得出的各种数据进行综合汇总，然后分析对比锚固组合体在各个环境中所得出的力学性能参数，得出各种环境下对锚固组合体力学性能的影响情况。
【主权项】
1.一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，包括锚杆或锚索力学性能试验机，其特征在于，还包括三轴加载装置(I)、数据处理系统、显示装置、报警装置、数据传输装置、扫描监测装置和锚固组合体监测系统，三轴加载装置(I)设置在锚杆或锚索力学性能试验机(2)的一端，所述的三轴加载装置(I)为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置，每个压力装置分别设有一个电磁控制阀并与液压系统连接，电磁控制阀与数据处理系统连接；数据处理系统分别与锚固组合体监测系统、报警装置、显示装置、数据传输装置和扫描监测装置连接。2.根据权利要求1所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，还包括箱体(3)及温度效应试验系统，所述的温度效应试验系统包括温度传感器(4)、热电偶(5)和冷却液喷吹装置(9)，温度传感器(4)、热电偶(5)和冷却液喷吹装置(9)设置在箱体⑶内，温度传感器(4)、热电偶(5)和冷却液喷吹装置(9)分别与数据处理系统连接。3.根据权利要求1或2所述的一种多相多场耦合锚 固体组合变形试验系统，其特征在于，还包括化学效应试验系统，所述的化学效应试验系统包括PH值检测装置(8)，所述的PH值检测装置(8)设置在箱体(3)内，PH值检测装置(8)与数据处理系统连接。4.根据权利要求3所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，所述的化学效应试验系统中的箱体(3)设有进气口和出气口，在进气口和出气口处各设有一个气体流量检测装置出)，箱体(3)内部设有气体浓度检测装置(7)，所述的气体流量检测装置(6)和气体浓度检测装置(7)分别与数据处理系统连接。5.根据权利要求1或2所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，还包括光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪，光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪与数据处理系统连接。6.根据权利要求1或2所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，所述的扫描监测装置可以为红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合。7.根据权利要求1或2所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，所述的锚固组合体监测系统包括锚固组合体轴向监测装置和锚固组合体力学参数采集装置。8.根据权利要求1或2所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，所述的压力装置为一个或多个液压油缸。9.根据权利要求1所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，所述的液压系统包括六个液压泵，每个液压泵站分别与一个压力装置连接。10.一种如权利要求1所述的多相多场耦合锚固体组合变形试验系统的试验方法，其特征在于，具体步骤为: .1、锚固组合体力学性能试验: A.通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪对采集的煤岩试样进行分析，确定各个煤岩试样中各种物质的组分，然后进行分类； B.将锚杆或锚索按照材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型进行分类，使分类后的锚杆或锚索无差异化； C.将分类后的煤岩试样与锚索或锚杆固定形成锚固组合体； D.将锚固组合体的煤岩试样部分放置在三轴加载装置(I)中，然后调节三轴之间的角度后固定； E.通过数据处理系统控制三轴加载装置(I)上各个压力装置对煤岩试样施加预应力； F.锚固组合体的锚杆或锚索部分放置于锚杆或锚索力学性能试验机的锚索试验位置； G.锚杆或锚索力学性能试验机(2)对锚固组合体的锚杆或锚索部分进行拉压、扭转、弯曲及剪切的一种或多种组合的力学试验，同时通过数据处理系统控制三轴加载装置(I)上各个压力装置对锚固组合体的煤岩试样部分施加预应力；然后通过锚固组合体监测系统将锚杆或锚索力学性能试验机(2)对锚杆或锚索施加的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力的数据、扫描监测装置采集到的数据及液压系统中各个压力装置的压力值传送给数据处理系统进行分析处理； H.重复上述步骤D?G，可调整三轴之间的角度值、各个压力装置对岩石施加的预应力值、锚杆或锚索力学性能试验机⑵对锚杆或锚索的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力值，采用单根或多根的锚杆或锚索与煤岩试样形成锚固组合体，在多根锚杆或锚索的一端与煤岩试样锚固时，其另一端通过螺栓与固定板连接，固定板在与锚杆或锚索力学性能试验机(2)连接，然后通过螺栓可调整各个锚杆或锚索在煤岩试样与固定板之间的长度；最后通过数据处理系统得出施加各种大小不同的力情况下及采用各种组分不同的煤岩试样，进行锚固组合体的力学性能试验，通过采用红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合，得出锚固组合体内部的裂隙、断面及裂隙发育情况的相应试验数据； I1、对煤岩试样进行注浆后的锚固组合体力学性能试验: ①上述步骤I中试验后监测到煤岩试样内部裂隙位置，采用钻进装置对锚固组合体中的煤岩试样进行钻孔； ②通过钻孔向煤岩试样内部裂隙中注浆，停止后进行步骤I中的锚固组合体力学性能试验，得出在注浆情况下的锚固组合体的力学性能参数； II1、在化学效应系统中锚固组合体力学性能试验: a.将锚固组合体放置在化学效应系统中，通过对煤岩试样浸泡在不同PH值的溶液后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过PH检测装置⑶将实时的PH值传递给数据处理系统，进而得出在各个PH值溶液下锚固组合体的力学性能参数； b.将锚固组合体浸泡在化学效应系统中的溶液时，通过进气口对箱体(3)内注入各种气体后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过设置在进气口和出气口的气体流量检测装置(6)记录注入气体和排除气体的流量值，气体浓度检测装置(7)实时检测容器箱体内的气体浓度值，将上述测量的数据均传递给数据处理系统，进而得出在各种气体及其不同的浓度的情况和通过进出口的流量情况得出煤岩试样对各种气体的吸收情况下的锚固组合体力学性能的试验参数； IV、在温度效应系统中锚固组合体力学性能试验: 将锚固组合体放置在温度效应系统中，通过数据处理系统控制热电偶(5)加热或冷却液喷吹装置(9)冷冻，使煤岩试样处于各种不同的温度下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，得出在各种温度情况下锚固组合体的力学性能参数； V、综合环境下锚固组合体力学性能试验: 将锚固组合体放置在温度效应系统和化学效应系统中，可模拟最接近矿井下环境的情况下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，可综合得出在上述各种情况下锚固组合体的力学性能参数；若测量数值异常，可通过数据处理系统中的报警装置，提示相关人员进行及时处理； V1、综合分析处理:将上述各个步骤得出的各种数据进行综合汇总，然后分析对比锚固组合体在各个环境中所得出的力学性能参数，得出各种环境下对锚固组合体力学性能的影响情况。
【专利摘要】本发明公开了一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法，三轴加载装置与锚杆或锚索力学性能试验机配套使用，所述的三轴加载装置为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置，每个压力装置分别设有一个电磁控制阀并与液压系统连接；可对锚固组合体中的煤岩试样施加预应力的情况下,进行锚杆或锚索的拉压、扭转、弯曲及剪切等力学试验；另外可对锚固组合体进行群锚效应试验；同时设备还包括温度效应试验系统和化学效应试验系统，通过调节系统的温度及注入各种化学溶剂和气体，改变试样所处的温度场、化学场，从而开展锚固组合体在应力场、温度场、化学场、固、液、气等多场多相耦合作用下的力学试验，为后续的研究和工程设计提供理论支持。
【IPC分类】G01N3/00
【公开号】CN104897458
【申请号】CN201510218850
【发明人】马占国, 戚福周, 罗宁, 四旭飞, 周跃进, 杨党委, 王志强, 倪亮, 冯建川, 杨宝智, 连永权, 孙凯, 杨玉树, 张金亮, 冯宇
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法，属于力学性能测试技术领域。
【背景技术】
[0002]岩土工程中，采用锚杆或锚索锚固技术，利用锚杆或锚索将破碎或者不稳定岩土体与稳定岩土体连接在一起，来提高工程岩体的整体稳定性，显著节约工程材料，有利于施工安全，已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂的岩土工程问题最有效的方法之一。与喷锚挂网等传统支护方法相比，锚杆或锚索支护可以在岩土体开挖后能及时和快速地提供支护，主动地加固岩土体，有效地控制岩土体变形，保护地层的原有强度、提高软弱或潜在滑动面的抗剪强度，使岩土体应力状态朝稳定方向发展，能有效地防止岩土体坍塌破坏等优点。因此，锚杆或锚索锚固技术广泛应用于矿山、交通、水利水电、地质等隧道、边坡、山体加固工程中。
[0003]现在锚杆或锚索本体的检测主要是采用锚杆或锚索力学性能试验机对锚杆或锚索本体进行拉压、扭转、弯曲及剪切力的试验，由于矿井下情况复杂，锚杆或锚索在井下的受力情况一般也与锚固后的岩石或煤体所受的力的情况相关，锚杆或锚索锚固后会承受拉力、扭力、弯曲力及横向剪切力，目前并没有一种可同时对锚固后的锚杆或锚索(即锚固组合体)进行上述力的试验；采用目前这种试验机会导致锚杆或锚索试验与实际差距较大，使得试验测量的不全面，无法为后续研宄提供数据支持；另外矿井下的岩石或煤体其力学性能和锚杆或锚索锚固后的性能与所处的环境也有密切关系，如温度、湿度、气体的浓度，液体PH值等都会影响锚固组合体的力学性能，只有接近矿井下实际情况才能真正的测量到所需的锚杆组合体的力学性能，便于锚杆或锚索在矿井下的实际应用。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法，可对锚固组合体进行拉压、扭转、弯曲及剪切的力学试验，同时能使锚固组合体处于模拟矿井下的环境进行试验，使试验的情况与实际情况相似，提高试验试样所得数据与矿下实际情况得到的数据更接近。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:该种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，包括锚杆或锚索力学性能试验机、三轴加载装置、数据处理系统、显示装置、报警装置、数据传输装置、扫描监测装置和锚固组合体监测系统，三轴加载装置设置在锚杆或锚索力学性能试验机的一端，所述的三轴加载装置为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置，每个压力装置分别设有一个电磁控制阀并与液压系统连接，电磁控制阀与数据处理系统连接；数据处理系统分别与锚固组合体监测系统、报警装置、显示装置、数据传输装置和扫描监测装置连接。
[0006]进一步，还包括箱体及温度效应试验系统，所述的温度效应试验系统包括温度传感器、热电偶和冷却液喷吹装置，温度传感器、热电偶和冷却液喷吹装置设置在箱体内，温度传感器、热电偶和冷却液喷吹装置分别与数据处理系统连接。增加温度效应试验系统能保证锚固组合体的煤岩试样处于各种温度下进行试验，得出相应的数据。
[0007]进一步，还包括化学效应试验系统，所述的化学效应试验系统包括PH值检测装置，所述的PH值检测装置设置在箱体内，PH值检测装置与数据处理系统连接。增加化学效应试验系统可使锚固组合体的煤岩试样处于各种PH不同的溶液下进行试验，然后得出相应的数据。
[0008]进一步，所述的化学效应试验系统中的箱体设有进气口和出气口，在进气口和出气口处各设有一个气体流量检测装置，箱体内部设有气体浓度检测装置，所述的气体流量检测装置和气体浓度检测装置分别与数据处理系统连接。增加进气口和出气口，可使锚固组合体的煤岩试样处于各种气体情况下进行试验，然后得出相应的数据。
[0009]进一步，还包括光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪，光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪与数据处理系统连接。便于采集的煤岩试样进行组分测定，并进行分类处理。
[0010]进一步，所述的扫描监测装置可以为红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合；采用不同的监测装置可得出锚固组合体内部的各种情况，便于后续的研宄。
[0011]进一步，所述的锚固组合体监测系统包括锚固组合体轴向监测装置和锚固组合体力学参数采集装置；锚固组合体轴向监测装置可以采集在试验时锚固组合体的轴向载荷和轴向位移数据；锚固组合体力学参数采集装置可以采集在试验时锚固组合体所受的扭矩、扭转切应力、弯矩、剪力、弯曲正应力、弯曲切应力、剪切应力等力学参数，便于后续分析。
[0012]进一步，所述的压力装置为一个或多个液压油缸。
[0013]进一步，所述的液压系统包括六个液压泵，每个液压泵站分别与一个压力装置连接。使用六个液压泵保证每个液压泵供给一个压力装置，便于压力装置的单独控制。
[0014]一种多相多场耦合锚固体组合变形试验方法，具体步骤为:
[0015]1、锚固组合体力学性能试验:
[0016]A.通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪对采集的煤岩试样进行分析，确定各个煤岩试样中各种物质的组分，然后进行分类；由于煤岩试样中各种物质的组分不同会影响煤岩试样的力学性能，通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪分析测定后，划分组分范围，对煤岩试样进行分类，分别进行带有不同煤岩试样的锚固组合体的力学性能试验，提高试验精确度；
[0017]B.将锚杆或锚索按照材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型进行分类，使分类后的锚杆或锚索无差异化；由于锚杆或锚索的材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型的不同都对锚固组合体的力学性能产生影响，因此分类进行试验；
[0018]C.将分类后的煤岩试样与锚索或锚杆固定形成锚固组合体；
[0019]D.将锚固组合体的煤岩试样部分放置在三轴加载装置中，然后调节三轴之间的角度后固定；可任意调节所需的预应力的加载角度；
[0020]E.通过数据处理系统控制三轴加载装置上各个压力装置对煤岩试样施加预应力；由于采用单独控制，这样就可以控制每个压力装置的压力值及施压预应力的时间，同时可单独进行压力的卸载；
[0021]F.锚固组合体的锚杆或锚索部分放置于锚杆或锚索力学性能试验机的锚索试验位置；
[0022]G.锚杆或锚索力学性能试验机对锚固组合体的锚杆或锚索部分进行拉压、扭转、弯曲及剪切的一种或多种组合的力学试验，同时通过数据处理系统控制三轴加载装置上各个压力装置对锚固组合体的煤岩试样部分施加预应力；然后将锚杆或锚索力学性能试验机对锚杆或锚索施加的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力的数据、扫描监测装置采集到的数据及液压系统中各个压力装置的压力值传送给数据处理系统进行分析处理；
[00 23]H.重复上述步骤D?G，可调整三轴之间的角度值、各个压力装置对岩石施加的预应力值、锚杆或锚索力学性能试验机对锚杆或锚索的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力值，采用单根或多根的锚杆或锚索与煤岩试样形成锚固组合体，在多根锚杆或锚索的一端与煤岩试样锚固时，其另一端通过螺栓与固定板连接，固定板在与锚杆或锚索力学性能试验机连接，然后通过螺栓可调整各个锚杆或锚索在煤岩试样与固定板之间的长度；最后通过数据处理系统得出施加各种大小不同的力情况下及采用各种组分不同的煤岩试样，进行锚固组合体的力学性能试验，通过采用红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合，得出锚固组合体内部的裂隙、断面及裂隙发育情况的相应试验数据；
[0024]I1、对煤岩试样进行注浆后的锚固组合体力学性能试验:
[0025]①上述步骤I中试验后监测到煤岩试样内部裂隙位置，采用钻进装置对锚固组合体中的煤岩试样进行钻孔；
[0026]②通过钻孔向煤岩试样内部裂隙中注浆，停止后进行步骤I中的锚固组合体力学性能试验，得出在注浆情况下的锚固组合体的力学性能参数；
[0027]II1、在化学效应系统中锚固组合体力学性能试验:
[0028]a.将锚固组合体放置在化学效应系统中，通过对煤岩试样浸泡在不同PH值的溶液后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过PH检测装置将实时的PH值传递给数据处理系统，进而得出在各个PH值溶液下锚固组合体的力学性能参数；
[0029]b.将锚固组合体浸泡在化学效应系统中的溶液时，通过进气口对箱体内注入各种气体后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过设置在进气口和出气口的气体流量检测装置记录注入气体和排除气体的流量值，气体浓度检测装置实时检测容器箱体内的气体浓度值，将上述测量的数据均传递给数据处理系统，进而得出在各种气体及其不同的浓度的情况和通过进出口的流量情况得出煤岩试样对各种气体的吸收情况下的锚固组合体力学性能的试验参数；
[0030]IV、在温度效应系统中锚固组合体力学性能试验:
[0031]将锚固组合体放置在温度效应系统中，通过数据处理系统控制热电偶加热或冷却液喷吹装置冷冻，使煤岩试样处于各种不同的温度下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，得出在各种温度情况下锚固组合体的力学性能参数；
[0032]V、综合环境下锚固组合体力学性能试验:
[0033]将锚固组合体放置在温度效应系统和化学效应系统中，可模拟最接近矿井下环境的情况下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，可综合得出在上述各种情况下锚固组合体的力学性能参数；若测量数值异常，可通过数据处理系统中的报警装置，提示相关人员进行及时处理；
[0034]V1、综合分析处理:将上述各个步骤得出的各种数据进行综合汇总，然后分析对比锚固组合体在各个环境中所得出的力学性能参数，得出各种环境下对锚固组合体力学性能的影响情况。
[0035]与现有技术相比，本发明采用三轴加载装置、数据处理系统、化学效应试验系统和温度效应试样系统相结合可对锚固组合体中的煤岩试样施加预应力的情况下进行拉压、扭转、弯曲及剪切力的力学试验；另外可进行群锚效应的锚固组合体试验，而且由于采用温度效应试验系统和化学效应试验系统，通过调节系统的温度及注入各种不同的化学溶剂和各种气体，改变岩样所处的温度场、化学场，同时结合岩样所受的应力场，从而得到锚固组合体在应力场、温度场、化学场、固、液、气等多场多相耦合作用下的力学特征，为后续的研宄提供数据支持。另外测量煤岩试样在注浆情况下的锚固组合体的力学性能参数，同时能使锚固组合体的煤岩试样处于模拟矿井下的环境进行试验，使试验的情况与实际情况相似，提高试验试样所得数据与矿下实际情况得到的数据更接近。
【附图说明】
[0036]图1是本发明的结构示意图；
[0037]图2是图1的A向的局部剖视图；
[0038]图3是本发明中单根锚杆形成的锚固组合体示意图；
[0039]图4是图3的B向剖视图；
[0040]图5是本发明中多根锚杆形成的锚固组合体示意图；
[0041]图6是本发明中温度效应系统的结构示意图；
[0042]图7是本发明中化学效应系统的结构示意图；
[0043]图8是本发明的整体电原理图。
[0044]图中:1、三轴加载装置，2、锚索力学性能试验机，3、箱体，4、温度传感器，5、热电偶，6、气体流量检测装置，7、气体浓度检测装置，8、PH值检测装置，9、冷却液喷吹装置。
【具体实施方式】
[0045]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0046]如图1至图8所示，本发明包括锚杆或锚索力学性能试验机、三轴加载装置1、数据处理系统、显示装置、报警装置、数据传输装置、扫描监测装置和锚固组合体监测系统，三轴加载装置I设置在锚杆或锚索力学性能试验机2的一端，所述的三轴加载装置I为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置，每个压力装置分别设有一个电磁控制阀并与液压系统连接，电磁控制阀与数据处理系统连接；数据处理系统分别与锚固组合体监测系统、报警装置、显示装置、数据传输装置和扫描监测装置连接。
[0047]进一步，还包括箱体3及温度效应试验系统，所述的温度效应试验系统包括温度传感器4、热电偶5和冷却液喷吹装置9，温度传感器4、热电偶5和冷却液喷吹装置9设置在箱体3内，温度传感器4、热电偶5和冷却液喷吹装置9分别与数据处理系统连接。增加温度效应试验系统能保证锚固组合体的煤岩试样处于各种温度下进行试验，得出相应的数据。
[0048]进一步，还包括化学效应试验系统，所述的化学效应试验系统包括PH值检测装置8，所述的PH值检测装置8设置在箱体3内，PH值检测装置8与数据处理系统连接。增加化学效应试验系统可使锚固组合体的煤岩试样处于各种PH不同的溶液下进行试验，然后得出相应的数据。
[0049]进一步，所述的化学效应试验系统中的箱体设有进气口和出气口，在进气口和出气口处各设有一个气体流量检测装置6，箱体3内部设有气体浓度检测装置7，所述的气体流量检测装置6和气体浓度检测装置7分别与数据处理系统连接。增加进气口和出气口，可使锚固组合体的煤岩试样处于各种气体情况下进行试验，然后得出相应的数据。
[0050]进一步，还包括光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪，光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪与数据处理系统连接。便于采集的煤岩试样进行组分测定，并进行分类处理。
[0051]进一步，所述的扫描监测装置可以为红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合；采用不同的监测装置可得出 锚固组合体内部的各种情况，便于后续的研宄。
[0052]进一步，所述的锚固组合体监测系统包括锚固组合体轴向监测装置和锚固组合体力学参数采集装置；锚固组合体轴向监测装置可以采集在试验时锚固组合体的轴向载荷和轴向位移数据；锚固组合体力学参数采集装置可以采集在试验时锚固组合体所受的扭矩、扭转切应力、弯矩、剪力、弯曲正应力、弯曲切应力、剪切应力等力学参数，便于后续分析。
[0053]进一步，所述的压力装置为一个或多个液压油缸。
[0054]进一步，所述的液压系统包括六个液压泵，每个液压泵站分别与一个压力装置连接。使用六个液压泵保证每个液压泵供给一个压力装置，便于压力装置的单独控制。
[0055]一种多相多场耦合锚固体组合变形试验方法，具体步骤为:
[0056]1、锚固组合体力学性能试验:
[0057]A.通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪对采集的煤岩试样进行分析，确定各个煤岩试样中各种物质的组分，然后进行分类；由于煤岩试样中各种物质的组分不同会影响煤岩试样的力学性能，通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪分析测定后，划分组分范围，对煤岩试样进行分类，分别进行带有不同煤岩试样的锚固组合体的力学性能试验，提高试验精确度；上述的煤岩试样也可替换为与煤岩试样相似的材料进行试验；
[0058]B.将锚杆或锚索按照材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型进行分类，使分类后的锚杆或锚索无差异化；由于锚杆或锚索的材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型的不同都对锚固组合体的力学性能产生影响，因此分类进行试验；
[0059]C.将分类后的煤岩试样与锚索或锚杆固定形成锚固组合体；
[0060]D.将锚固组合体的煤岩试样部分放置在三轴加载装置I中，然后调节三轴之间的角度后固定；可任意调节所需的预应力的加载角度；
[0061]E.通过数据处理系统控制三轴加载装置I上各个压力装置对煤岩试样施加预应力；由于采用单独控制，这样就可以控制每个压力装置的压力值及施压预应力的时间，同时可单独进行压力的卸载；
[0062]F.锚固组合体的锚杆或锚索部分放置于锚杆或锚索力学性能试验机的锚索试验位置；
[0063]G.锚杆或锚索力学性能试验机2对锚固组合体的锚杆或锚索部分进行拉压、扭转、弯曲及剪切的一种或多种组合的力学试验，同时通过数据处理系统控制三轴加载装置I上各个压力装置对锚固组合体的煤岩试样部分施加预应力；然后将锚杆或锚索力学性能试验机2对锚杆或锚索施加的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力的数据、扫描监测装置采集到的数据及液压系统中各个压力装置的压力值传送给数据处理系统进行分析处理；
[0064]H.重复上述步骤D?G，可调整三轴之间的角度值、各个压力装置对岩石施加的预应力值、锚杆或锚索力学性能试验机2对锚杆或锚索的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力值，采用单根或多根的锚杆或锚索与煤岩试样形成锚固组合体，在多根锚杆或锚索的一端与煤岩试样锚固时，其另一端通过螺栓与固定板连接，固定板在与锚杆或锚索力学性能试验机2连接，然后通过螺栓可调整各个锚杆或锚索在煤岩试样与固定板之间的长度；最后通过数据处理系统得出施加各种大小不同的力情况下及采用各种组分不同的煤岩试样，进行锚固组合体的力学性能试验，通过采用红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合，得出锚固组合体内部的裂隙、断面及裂隙发育情况的相应试验数据；
[0065]I1、对煤岩试样进行注浆后的锚固组合体力学性能试验:
[0066]①上述步骤I中试验后监测到煤岩试样内部裂隙位置，采用钻进装置对锚固组合体中的煤岩试样进行钻孔；
[0067]②通过钻孔向煤岩试样内部裂隙中注浆，停止后进行步骤I中的锚固组合体力学性能试验，得出在注浆情况下的锚固组合体的力学性能参数；
[0068]II1、在化学效应系统中锚固组合体力学性能试验:
[0069]a.将锚固组合体放置在化学效应系统中，通过对煤岩试样浸泡在不同PH值的溶液后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过PH检测装置8将实时的PH值传递给数据处理系统，进而得出在各个PH值溶液下锚固组合体的力学性能参数；
[0070]b.将锚固组合体浸泡在化学效应系统中的溶液时，通过进气口对箱体3内注入各种气体后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过设置在进气口和出气口的气体流量检测装置6记录注入气体和排除气体的流量值，气体浓度检测装置7实时检测容器箱体内的气体浓度值，将上述测量的数据均传递给数据处理系统，进而得出在各种气体及其不同的浓度的情况和通过进出口的流量情况得出煤岩试样对各种气体的吸收情况下的锚固组合体力学性能的试验参数；
[0071]IV、在温度效应系统中锚固组合体力学性能试验:
[0072]将锚固组合体放置在温度效应系统中，通过数据处理系统控制热电偶5加热或冷却液喷吹装置9冷冻，使煤岩试样处于各种不同的温度下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，得出在各种温度情况下锚固组合体的力学性能参数；
[0073]V、综合环境下锚固组合体力学性能试验:
[0074]将锚固组合体放置在温度效应系统和化学效应系统中，可模拟最接近矿井下环境的情况下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，可综合得出在上述各种情况下锚固组合体的力学性能参数；若测量数值异常，可通过数据处理系统中的报警装置，提示相关人员进行及时处理；
[0075]V1、综合分析处理:将上述各个步骤得出的各种数据进行综合汇总，然后分析对比锚固组合体在各个环境中所得出的力学性能参数，得出各种环境下对锚固组合体力学性能的影响情况。
【主权项】
1.一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，包括锚杆或锚索力学性能试验机，其特征在于，还包括三轴加载装置(I)、数据处理系统、显示装置、报警装置、数据传输装置、扫描监测装置和锚固组合体监测系统，三轴加载装置(I)设置在锚杆或锚索力学性能试验机(2)的一端，所述的三轴加载装置(I)为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置，每个压力装置分别设有一个电磁控制阀并与液压系统连接，电磁控制阀与数据处理系统连接；数据处理系统分别与锚固组合体监测系统、报警装置、显示装置、数据传输装置和扫描监测装置连接。2.根据权利要求1所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，还包括箱体(3)及温度效应试验系统，所述的温度效应试验系统包括温度传感器(4)、热电偶(5)和冷却液喷吹装置(9)，温度传感器(4)、热电偶(5)和冷却液喷吹装置(9)设置在箱体⑶内，温度传感器(4)、热电偶(5)和冷却液喷吹装置(9)分别与数据处理系统连接。3.根据权利要求1或2所述的一种多相多场耦合锚 固体组合变形试验系统，其特征在于，还包括化学效应试验系统，所述的化学效应试验系统包括PH值检测装置(8)，所述的PH值检测装置(8)设置在箱体(3)内，PH值检测装置(8)与数据处理系统连接。4.根据权利要求3所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，所述的化学效应试验系统中的箱体(3)设有进气口和出气口，在进气口和出气口处各设有一个气体流量检测装置出)，箱体(3)内部设有气体浓度检测装置(7)，所述的气体流量检测装置(6)和气体浓度检测装置(7)分别与数据处理系统连接。5.根据权利要求1或2所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，还包括光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪，光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪与数据处理系统连接。6.根据权利要求1或2所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，所述的扫描监测装置可以为红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合。7.根据权利要求1或2所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，所述的锚固组合体监测系统包括锚固组合体轴向监测装置和锚固组合体力学参数采集装置。8.根据权利要求1或2所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，所述的压力装置为一个或多个液压油缸。9.根据权利要求1所述的一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统，其特征在于，所述的液压系统包括六个液压泵，每个液压泵站分别与一个压力装置连接。10.一种如权利要求1所述的多相多场耦合锚固体组合变形试验系统的试验方法，其特征在于，具体步骤为: .1、锚固组合体力学性能试验: A.通过光谱分析仪、质谱分析仪和衍射分析仪对采集的煤岩试样进行分析，确定各个煤岩试样中各种物质的组分，然后进行分类； B.将锚杆或锚索按照材质、形状、螺纹结构及锚固剂类型进行分类，使分类后的锚杆或锚索无差异化； C.将分类后的煤岩试样与锚索或锚杆固定形成锚固组合体； D.将锚固组合体的煤岩试样部分放置在三轴加载装置(I)中，然后调节三轴之间的角度后固定； E.通过数据处理系统控制三轴加载装置(I)上各个压力装置对煤岩试样施加预应力； F.锚固组合体的锚杆或锚索部分放置于锚杆或锚索力学性能试验机的锚索试验位置； G.锚杆或锚索力学性能试验机(2)对锚固组合体的锚杆或锚索部分进行拉压、扭转、弯曲及剪切的一种或多种组合的力学试验，同时通过数据处理系统控制三轴加载装置(I)上各个压力装置对锚固组合体的煤岩试样部分施加预应力；然后通过锚固组合体监测系统将锚杆或锚索力学性能试验机(2)对锚杆或锚索施加的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力的数据、扫描监测装置采集到的数据及液压系统中各个压力装置的压力值传送给数据处理系统进行分析处理； H.重复上述步骤D?G，可调整三轴之间的角度值、各个压力装置对岩石施加的预应力值、锚杆或锚索力学性能试验机⑵对锚杆或锚索的拉压力、扭转力、弯曲力及剪切力值，采用单根或多根的锚杆或锚索与煤岩试样形成锚固组合体，在多根锚杆或锚索的一端与煤岩试样锚固时，其另一端通过螺栓与固定板连接，固定板在与锚杆或锚索力学性能试验机(2)连接，然后通过螺栓可调整各个锚杆或锚索在煤岩试样与固定板之间的长度；最后通过数据处理系统得出施加各种大小不同的力情况下及采用各种组分不同的煤岩试样，进行锚固组合体的力学性能试验，通过采用红外监测装置、声发射监测装置、无损探伤监测装置、CT扫描装置、雷达监测装置中的一种或多种组合，得出锚固组合体内部的裂隙、断面及裂隙发育情况的相应试验数据； I1、对煤岩试样进行注浆后的锚固组合体力学性能试验: ①上述步骤I中试验后监测到煤岩试样内部裂隙位置，采用钻进装置对锚固组合体中的煤岩试样进行钻孔； ②通过钻孔向煤岩试样内部裂隙中注浆，停止后进行步骤I中的锚固组合体力学性能试验，得出在注浆情况下的锚固组合体的力学性能参数； II1、在化学效应系统中锚固组合体力学性能试验: a.将锚固组合体放置在化学效应系统中，通过对煤岩试样浸泡在不同PH值的溶液后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过PH检测装置⑶将实时的PH值传递给数据处理系统，进而得出在各个PH值溶液下锚固组合体的力学性能参数； b.将锚固组合体浸泡在化学效应系统中的溶液时，通过进气口对箱体(3)内注入各种气体后进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，通过设置在进气口和出气口的气体流量检测装置(6)记录注入气体和排除气体的流量值，气体浓度检测装置(7)实时检测容器箱体内的气体浓度值，将上述测量的数据均传递给数据处理系统，进而得出在各种气体及其不同的浓度的情况和通过进出口的流量情况得出煤岩试样对各种气体的吸收情况下的锚固组合体力学性能的试验参数； IV、在温度效应系统中锚固组合体力学性能试验: 将锚固组合体放置在温度效应系统中，通过数据处理系统控制热电偶(5)加热或冷却液喷吹装置(9)冷冻，使煤岩试样处于各种不同的温度下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，得出在各种温度情况下锚固组合体的力学性能参数； V、综合环境下锚固组合体力学性能试验: 将锚固组合体放置在温度效应系统和化学效应系统中，可模拟最接近矿井下环境的情况下进行步骤I和II中的锚固组合体力学性能试验，可综合得出在上述各种情况下锚固组合体的力学性能参数；若测量数值异常，可通过数据处理系统中的报警装置，提示相关人员进行及时处理； V1、综合分析处理:将上述各个步骤得出的各种数据进行综合汇总，然后分析对比锚固组合体在各个环境中所得出的力学性能参数，得出各种环境下对锚固组合体力学性能的影响情况。
【专利摘要】本发明公开了一种多相多场耦合锚固体组合变形试验系统及方法，三轴加载装置与锚杆或锚索力学性能试验机配套使用，所述的三轴加载装置为六面体，包括三组两两相对设置的压力装置，每个压力装置分别设有一个电磁控制阀并与液压系统连接；可对锚固组合体中的煤岩试样施加预应力的情况下,进行锚杆或锚索的拉压、扭转、弯曲及剪切等力学试验；另外可对锚固组合体进行群锚效应试验；同时设备还包括温度效应试验系统和化学效应试验系统，通过调节系统的温度及注入各种化学溶剂和气体，改变试样所处的温度场、化学场，从而开展锚固组合体在应力场、温度场、化学场、固、液、气等多场多相耦合作用下的力学试验，为后续的研究和工程设计提供理论支持。
【IPC分类】G01N3/00
【公开号】CN104897458
【申请号】CN201510218850
【发明人】马占国, 戚福周, 罗宁, 四旭飞, 周跃进, 杨党委, 王志强, 倪亮, 冯建川, 杨宝智, 连永权, 孙凯, 杨玉树, 张金亮, 冯宇
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日
最新回复(0)