1.一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的方法,其特征在于,它包括以下步骤:
Step1:根据岩体试验要求,拌制混凝土或取岩石试块;
Step2:浇筑预定尺寸混凝土立方体试块(4),中心预留孔;或取岩石切割制成岩石试块(4),并在中心钻孔;
Step3:取锚杆(6)挖槽,槽深度和宽度与应变片(9)大小一致,沿竖向方向等间距安置应变片(9);并在制作好的试块(4)两相互垂直侧面上以“四角点和一中间点”的方式布置压力传感器(8),监测试块受到的正应力大小,即高地应力;同时在试块中心孔壁上沿深度方向等间距布置多组压力传感器(8),在同一深度截面上布置多个压力传感器,相邻两压力传感器间角度为120°,以监测锚固体与孔壁间的界面正应力;
Step4:组装高地应力模拟装置(3),而后将试块(4)放置于高地应力模拟装置(3)内;
Step5:将高地应力模拟装置(3)连同试块放置于钢筋混凝土砌筑的水池式基坑(1)中,在水池式基坑(1)两相邻侧壁与高地应力模拟装置(3)之间安装千斤顶(2),并通过千斤顶(2)施加不同大小的力后旋紧钢板的固定螺母,同时向其中注水,以模拟浸水及高地应力等环境条件;
Step6:根据实验需求配制不同膨胀剂含量水泥浆待用;
Step7:将锚杆(6)居中放入岩石试块(4)的孔(5)内,先向孔(5)中灌注m高度的素水泥浆进行垫底封口,再灌注n高度的不同含量膨胀水泥浆,最后再灌注m高度的素水泥浆进行封口,而后立即将压力传感器(8)与压力采集系统连接;
Step8:采集压力数据,对同一深度层布置的压力传感器(8)所测得的3个压力值F1,F2和F3,求出压力平均值F=(F1+F2+F3)/3,再根据压应力计算公式,σ=F/A,计算出膨胀压应力,绘制在高地应力及浸水条件下不同含量膨胀剂水泥浆压应力及锚杆应变随时间变化的图像;
式中:σ为界面正应力;F为压力平均值;A为压力传感器端有效接触面积;
Step9:数据测量记录完成后对锚杆上部使用千斤顶逐步施加不同等级拉力,同时在拉拔过程中,将应变片与应变采集系统连接,记录数据,绘制在高地应力及浸水条件下拉拔过程中应变随不同含量膨胀剂水泥浆提供拉拔大小的关系图;最终结合步骤8中得到的关系图,可以测量在某种特定高地应力及浸水条件下,不同含量膨胀剂水泥浆能提供的最大抗拔力、长期稳定性及锚杆轴力变化关系。
2.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的方法,其特征在于:Step1中,根据实际工程中边坡支护需要,选用岩体、混凝土浇注或者高强度的类岩石材料作为研究对象。
3.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的方法,其特征在于:Step2中,切割岩石成岩石试块或由混凝土浇筑成岩石试块,所述试块(4)均采用相同大小的立方体结构,在各个试块(4)的中心钻取孔(5)。
4.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的方法,其特征在于:Step3中,锚杆(6)采用玻璃纤维锚杆或钢筋等杆状物件作为锚杆,在其底端沿轴向加工有槽,在槽内等间距布置应变片;在试块(4)距顶部孔口的50mm、150mm、250mm深度处的孔壁等距离布置5组压力传感器组,每组压力传感器由布置于同一深度截面上的三个压力传感器组成,在同一平面内,截面上的三个压力传感器相互夹角为120°;在试块(4)两相互垂直侧面上以“四角点和一中间点”的方式各布置5个压力传感器。
5.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的方法,其特征在于:Step4中,高地应力模拟装置(3)包括底板,所述底板底部四角各安装一个可拆卸脚轮,顶部其中一角焊接固定立柱,另三角各布置有可滑动的立柱;两两相邻立柱之间由三根钢杆连接,钢杆内侧与四块钢板相邻,其中固定立柱与两块钢板通过焊接固定于底板上,且两块钢板远离固定立柱端均设置有两个滑动轨槽,所述滑动轨槽与两根钢杆构成滑动配合;另两块钢板与底板接触处镶有滚轮,其中一块钢板一端设置有一个滑动轨槽,另一块钢板不设置滑动轨槽,它垂直两平行钢板间放置;通过向两相邻钢板施加力从而传递给岩石试样以模拟地应力。
6.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的方法,其特征在于:步骤5中,水池式基坑(1)由钢筋混凝土砌筑而成;在高地应力模拟装置贴有压力传感器两侧与水池式基坑(1)两坑壁之间设置扁平千斤顶,分别施加0MPa 50MPa的力后立即旋~紧钢板的固定螺母以保证荷载的稳定性与持续性,同时向其中注水,以模拟浸水及高地应力条件。
7.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的方法,其特征在于:步骤6中,按照实验需求配制膨胀剂含量分别为15%,25%和35%的膨胀水泥浆。
8.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的方法,其特征在于:步骤7中,将锚杆(6)居中放入试块(4)的孔后,先向每个孔内灌注25mm高度普通水泥浆进行垫底,而后在孔中分别灌注250mm高度的不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆并且将其振捣密实,最后向每个孔内灌注25mm高度普通水泥浆进行封口,而后立即将压力传感器(8)与压力采集系统连接。
9.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的方法,其特征在于:步骤8中,灌注膨胀水泥浆后的前24小时内,每隔2小时采集一次压力数据,24小时到
48小时内,每隔6小时采集一次压力数据,采集48h内的数据后一个月,每隔一个星期采集一次应变及压力数据;之后每隔半个月采集一次压力,连续采集一年;根据采集的数据,绘制在高地应力及浸水条件下不同膨胀剂含量水泥浆压应力随时间变化的曲线,找到膨胀压应力的稳定值;通过比较不同膨胀剂含量水泥浆的最大抗拔力大小选择锚固效果最佳的膨胀剂含量。
10.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力及地下水条件下岩体锚固的方法,其特征在于:步骤9中,锚杆上部千斤顶从0KN开始施加连续拉力直至将锚杆拔松动,此时的拉力即为在该高地应力条件下该含量膨胀剂能够提供的最大抗拔力;同时在拉拔过程中,将应变片与应变采集系统连接,测量应变数据,根据布置在锚杆不同深度处应变片,收集锚杆应变数据,绘制在高地应力及浸水条件下拉拔过程中应变随不同含量膨胀剂水泥浆提供拉拔大小的关系图,分析锚杆轴力分布规律,可定向研究高地应力及浸水条件下测量不同膨胀剂含量水泥浆压应力及锚固体拉拔破坏过程演变规律;最终结合步骤8中得到的关系图,可以测量在某种特定高地应力及浸水条件下,不同含量膨胀剂水泥浆能提供的最大抗拔力、长期稳定性及锚杆轴力变化关系。