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原文传递地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法

专利名称：	地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法
摘要：	本发明涉及岩石力学技术领域，特别涉及一种地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法。本发明的地下工程主动支护体系动静组合试验系统包括锚网、锚固支护结构、试件下端静力加载装置、试件前端静力加载装置、试件左端静力加载装置、试件右端静力加载装置、试件上端静力加载装置、试件动力冲击装置、动态数据采集装置和散斑监控装置，后撤试件前端静力加载装置，并在试件的表面覆盖有锚网，且在试件的表面穿设有锚固支护结构的状态下，试件动力冲击装置配置成向试件的表面施加动载荷。本发明提供的地下工程主动支护体系动静组合试验系统及方法，用以研究锚固支护下岩体动静耦合的力学性能，指导深部围岩的安全稳定控制。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国矿业大学(北京);北京力岩科技有限公司;山东能源集团有限公司
发明人：	王琦;辛忠欣;江贝;章冲
专利状态：	有效
申请日期：	2022-11-11T00:00:00+0800
发布日期：	2022-12-09T00:00:00+0800
申请号：	CN202211415801.5
公开号：	CN115452548A
代理机构：	北京中北知识产权代理有限公司
代理人：	宋波
分类号：	G01N3/00;G01N3/303;G01N3/02;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/00;G01N3/303;G01N3/02
申请人地址：	100083 北京市海淀区学院路丁11号;;
主权项：	1.一种地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，包括：锚网（1）；锚固支护结构（2）；试件下端静力加载装置（3）；试件前端静力加载装置（4），位于所述试件下端静力加载装置（3）的前侧；试件左端静力加载装置（5），位于所述试件下端静力加载装置（3）的左侧；试件右端静力加载装置（6），位于所述试件下端静力加载装置（3）的右侧；试件上端静力加载装置（7），位于所述试件下端静力加载装置（3）的上侧；试件动力冲击装置（8），其中，在当所述试件下端静力加载装置（3）、所述试件前端静力加载装置（4）、所述试件左端静力加载装置（5）、所述试件右端静力加载装置（6）和所述试件上端静力加载装置（7）将置于所述试件下端静力加载装置（3）的试件（9）加载至地应力水平后，后撤所述试件前端静力加载装置（4），并在所述试件（9）的表面覆盖有所述锚网（1），且在所述试件（9）的表面穿设有所述锚固支护结构（2）的状态下，所述试件动力冲击装置（8）配置成向所述试件（9）的表面施加动载荷；动态数据采集装置（10），配置成采集所述锚固支护结构（2）的应力、所述锚固支护结构（2）的应变、所述试件动力冲击装置（8）的冲击力、所述试件动力冲击装置（8）的冲击速度和所述试件（9）的位移；散斑监控装置（11），配置成监测所述试件（9）的变形和所述锚网（1）的变形。 2.根据权利要求1所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，所述试件动力冲击装置（8）位于所述试件下端静力加载装置（3）的上方，所述试件上端静力加载装置（7）包括直线运动结构（71），所述直线运动结构（71）具有直线运动部（711），所述直线运动部（711）向上延伸设置，所述直线运动部（711）的下端设有一加载部（712），所述上端静力加载装置通过所述加载部（712）对所述试件（9）的上端加载，所述试件动力冲击装置（8）可上下滑动地套设于所述直线运动部（711），其中，当所述试件动力冲击装置（8）向下运动并抵持于所述加载部（712）的上表面时，所述试件动力冲击装置（8）配置成通过所述加载部（712）向所述试件（9）的上端施加动载荷，以实现动静载荷耦合。 3.根据权利要求2所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，所述试件动力冲击装置（8）包括：导向杆（81），向上延伸设置；弹性部件限位部（82），设置于所述导向杆（81）的上部；落锤（83），可上下滑动地套设于所述导向杆（81）和所述直线运动部（711）；弹性部件（84），夹设于所述弹性部件限位部（82）和所述落锤（83）之间，配置成提升所述落锤（83）向下运动的速度；其中，当所述落锤（83）向下运动并抵持于所述加载部（712）的上表面时，所述落锤（83）配置成通过所述加载部（712）向所述试件（9）的上端施加动载荷，以实现动静载荷耦合。 4.根据权利要求2所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，还包括试件均匀受力部（12）和试件均匀受力配合部（13），其中，所述试件均匀受力部（12）凹设于所述加载部（712）的下端，所述试件均匀受力配合部（13）设置于所述试件（9）的上端，并覆盖所述试件（9）的上端，所述试件均匀受力配合部（13）的上端对应于所述试件均匀受力部（12）的位置设有凸起（131），所述凸起（131）的形状与所述试件均匀受力部（12）的形状相匹配；或者，所述试件均匀受力部（12）凸设于所述加载部（712）的下端，所述试件均匀受力配合部（13）设置于所述试件（9）的上端，并覆盖所述试件（9）的上端，所述试件均匀受力配合部（13）的上端对应于所述试件均匀受力部（12）的位置设有凹槽，所述凹槽的形状与所述试件均匀受力部（12）的形状相匹配。 5.根据权利要求1所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，还包括锚网固定装置（14），前侧具有试件伸入孔（141），所述锚网固定装置（14）通过所述试件伸入孔（141）套设于所述试件（9）的前部，所述锚网（1）罩设于所述试件伸入孔（141）并与所述试件（9）的前端相抵；所述锚网固定装置（14）包括相叠设的第一方形紧固框（142）和第二方形紧固框（143），所述锚网（1）夹持于所述第一方形紧固框（142）和所述第二方形紧固框（143）之间。 6.根据权利要求1所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，还包括试件后端挡板（15），设置于所述试件（9）的后端，并与所述试件下端静力加载装置（3）相接。 7.根据权利要求1所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，还包括透明防护罩，位于所述试件（9）和所述散斑监控装置（11）之间，并覆盖于所述试件（9）的前端。 8.根据权利要求1所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，其特征在于，还包括锚网加固托盘（16），所述锚固支护结构（2）为锚杆，所述锚杆穿设于所述锚网加固托盘（16）的中间位置，在所述锚固支护结构（2）穿设于所述试件（9）的前端的状态下，所述锚网加固托盘（16）与所述试件（9）的前端相贴合，以夹持所述锚网（1）。 9.一种地下工程主动支护体系动静组合试验方法，其特征在于，所述地下工程主动支护体系动静组合试验方法采用如权利要求1至8中任一项所述的地下工程主动支护体系动静组合试验系统，所述地下工程主动支护体系动静组合试验方法包括以下步骤：将试件（9）置于试件下端静力加载装置（3），并将试件后端挡板（15）设置于所述试件（9）的后端，且所述试件后端挡板（15）与所述试件下端静力加载装置（3）相接；通过所述试件下端静力加载装置（3）、试件前端静力加载装置（4）、试件左端静力加载装置（5）、试件右端静力加载装置（6）和试件上端静力加载装置（7）分别对所述试件（9）的对应表面加载至地应力水平；后撤所述试件前端静力加载装置（4），并将锚网固定装置（14）通过试件伸入孔（141）套设于所述试件（9）的前部，使锚网（1）与所述试件（9）的前端相抵；将锚杆穿设于所述试件（9）的前端，并通过与所述锚杆相连的锚网加固托盘（16）与所述试件（9）的前端相贴合，以夹持所述锚网（1）；通过试件动力冲击装置（8）向所述试件（9）的表面施加动载荷；在施加动载荷后，通过动态数据采集装置（10）采集锚固支护结构（2）的应力、所述锚固支护结构（2）的应变、所述试件动力冲击装置（8）的冲击力、所述试件动力冲击装置（8）的冲击速度和所述试件（9）的位移，通过散斑监控装置（11）监测所述试件（9）的变形和所述锚网（1）的变形；根据所述试件（9）吸收的能量，建立动静组合力学性能评价指标α，并对所述试件（9）在三轴动静组合作用下的综合力学性能进行评价。 10.根据权利要求9所述的地下工程主动支护体系动静组合试验方法，其特征在于，通过下式计算所述试件（9）吸收的能量ET： ET=E1+E2 E1=(σ1+σ2+σ3)/2E E2=(mv1-mv2)/2 E1表示所述试件（9）本身储存的弹性能，σ1、σ2、σ3分别为所述试件（9）所受的三向应力，E为所述试件（9）的弹性模量，E2表示所述试件动力冲击装置（8）的动能变化量，表征所述试件（9）所吸收的动力冲击能量，m表示所述试件动力冲击装置（8）的质量；v1表示所述试件动力冲击装置（8）作用到所述试件（9）上的速度；v2表示所述试件动力冲击装置（8）作用到所述试件（9）后反弹的速度；所述动静组合力学性能评价指标α： α=ET/(V×n) V表示所述试件（9）的体积，n表示所述试件（9）上锚杆的数量。