边坡被动防护系统基础钢丝绳锚杆拉拔试验系统及方法与流程

本发明属于边坡被动防护工程试验，具体涉及一种边坡被动防护系统基础钢丝绳锚杆拉拔试验系统及方法。

背景技术：

1、边坡被动防护系统是一种利用柔性网+消能装置来高效拦截落石的防护技术，凭借其安装便捷、防护能力强、经济性好等优点，近年来已成为治理边坡落石地质灾害的主流方案。它最大的特点是“以柔克刚”，而不是像传统的刚性挡墙那样“硬碰硬”。其基础作为核心受力结构，在落石落入柔性金属网时，分担主要冲击荷载。

2、边坡被动防护系统基础一般采用钢丝绳锚杆锚入边坡地层中，通过钻孔反压注浆施工保证锚固密实性。钢丝绳锚杆的抗拔性能需通过拉拔试验验证，确保其抵抗拉锚绳荷载的能力满足设计要求。目前行业规范尚未明确钢丝绳锚杆的专用抗拔试验方法，工程中一般参照《铁路路基支挡结构设计规范》（tb 10025-2019）附录 j 中常规锚杆（索）的试验方法与评定标准。但钢丝绳锚杆与常规锚杆（索）的受力状态存在本质区别：（1）被动防护系统基础主要承受落石冲击产生的多次循环荷载，而非常规锚杆的静态荷载；（2）拉锚绳与钢丝绳锚杆杆体呈一定夹角，受力方向并非沿锚杆轴向，常规轴向拉拔试验与实际工况偏差较大。

3、因此直接参照常规锚杆试验方法存在明显不合理性，且现有常规锚杆拉拔仪无法实现多循环反复拉拔，受边坡场地条件影响位移测量精度不足，最终导致试验结果无法真实反映钢丝绳锚杆的实际承载性能，难以保障被动防护系统的运行安全。

4、综上，目前亟需一种适配钢丝绳锚杆实际受力工况的拉拔试验系统与配套方法，以准确评估其承载能力，保障边坡被动防护系统的安全可靠。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种边坡被动防护系统基础钢丝绳锚杆拉拔试验系统及方法，以准确评估其承载能力，保障边坡被动防护系统的安全可靠。

2、解决上述技术问题的技术方案是：一种边坡被动防护系统基础钢丝绳锚杆拉拔试验系统，包括钢丝绳锚杆，还包括可调整角度基座、接长索、多循环自动加卸载单元、位移观测单元、试验控制单元；

3、所述可调整角度基座包括下承压板、可调支撑杆和上承压板，所述可调支撑杆安装于下承压板与上承压板之间，用于调节上承压板的倾角，使拉拔受力方向与被动防护系统拉锚绳的实际受力方向一致；

4、所述接长索的下端与钢丝绳锚杆的上端相连接，接长索的上端穿过可调整角度基座与多循环自动加卸载单元连接；

5、所述多循环自动加卸载单元安装在可调整角度基座上，用于自动切换油路以实现对接长索的多循环加卸载；

6、所述位移观测单元用于采集接长索的轴向位移；

7、所述试验控制单元分别与多循环自动加卸载单元、位移观测单元电连接，用于自动控制加卸载进程，并采集记录荷载与位移数据。

8、本发明的进一步技术方案是，所述可调支撑杆包括伸缩杆、套筒，伸缩杆、套筒上分别沿其轴向设有多个调节孔，所述伸缩杆的下端安装在套筒内，且并通过穿过调节孔的紧固螺钉与套筒连接，伸缩杆的上端与上承压板铰接；所述套筒的底部与下承压板通过销轴连接；所述接长索下端设有保险钩，与钢丝绳锚杆的环形端部勾挂连接；接长索上端安装有配套锚具和夹片；接长索的屈服强度标准值大于被测钢丝绳锚杆的屈服强度标准值。

9、本发明的进一步技术方案是，所述多循环自动加卸载单元包括测力传感器、双油路千斤顶和智能油泵，测力传感器安装于上承压板上表面，双油路千斤顶安装于测力传感器上表面，且双油路千斤顶的油路与智能油泵连通，智能油泵内置电子转向阀。

10、本发明的进一步技术方案是，所述位移观测单元包括基准桩、基准梁和位移检测组件，所述基准桩固定在加载影响范围外的边坡坡面上，基准梁固定架设在基准桩上，位移检测组件安装于基准梁上，用于采集接长索的轴向位移。

11、本发明的再进一步技术方案是，所述位移检测组件包括数显位移计、磁性表座和l型基准片，磁性表座固定于基准梁上，数显位移计安装于磁性表座上；l型基准片固定在接长索上端，数显位移计的测头与l型基准片垂直接触，且位移检测方向与接长索轴向平行；所述基准桩与下承压板的距离大于4倍下承压板宽度且不小于2.0m；所述基准梁采用一端固接、一端简支的方式安装于基准桩上。

12、本发明的另一技术方案是，一种边坡被动防护系统基础钢丝绳锚杆拉拔试验方法，包括以下步骤：

13、步骤1.试验准备：

14、获取被测钢丝绳锚杆的设计与施工参数，根据被动防护系统的工程类型确定试验最大加载值n，且n不超过钢丝绳锚杆杆体强度的0.9倍；考虑钢丝绳锚杆与接长索的夹角，计算理论伸长量下限值s1与理论伸长量上限值s2；

15、步骤2.系统安装：

16、安装可调整角度基座、接长索、多循环加卸载装置与位移观测装置，调节可调整角度基座使拉拔方向与被动防护系统拉锚绳的实际受力方向一致；加载至初始荷载n0完成系统调试，n0为最大加载值n的10%；

17、步骤3.多循环拉拔试验：

18、采用多循环加卸载方式进行拉拔试验，模拟落石多次冲击的受力工况；试验过程中出现锚杆破坏情形时终止加载；

19、步骤4.数据整理与合格判定：

20、整理试验数据，绘制荷载-位移相关曲线，根据设定标准判定钢丝绳锚杆是否合格。

21、本发明的进一步技术方案是，步骤1中，试验最大加载值n按以下方法确定：

22、永久性边坡被动防护系统的钢丝绳锚杆：n=1.6nk，nk为钢丝绳锚杆拉力设计值；

23、临时性边坡被动防护系统的钢丝绳锚杆：n=1.2nk。

24、本发明的进一步技术方案是，步骤1中，理论伸长量下限值s1与上限值s2的计算公式为：

25、 式①，

26、式②，

27、在式①、式②中：

28、为接长索受力长度，为钢丝绳锚杆自由段长度，为钢丝绳锚杆锚固段长度；

29、θ为钢丝绳锚杆与接长索的夹角；

30、k1为钢丝绳锚杆自由段理论弹性伸长系数，取值0.6，k2为钢丝绳锚杆锚固段理论弹性伸长系数，取值0.5；

31、a1为接长索公称截面积，a2为钢丝绳锚杆公称截面积；

32、e1为接长索弹性模量，e2为钢丝绳锚杆弹性模量。

33、本发明的现进一步技术方案是，步骤3中，共进行5个循环加卸载；单循环的试验荷载、持荷时间与位移稳定标准为：

34、3.1）加载至初始荷载n0，持荷3min，持荷内测读3次位移，位移增量小于0.5mm为稳定；

35、3.2）逐级加载至0.4n、0.6n、0.8n，每级持荷3min；

36、3.3）加载至1.0n，持荷5min，持荷内测读3次位移，位移增量小于1.0mm为稳定；

37、3.4）逐级卸载至0.8n、0.6n、0.4n，每级持荷1min；

38、3.5）卸载至初始荷载n0，持荷3min，持荷内测读3次位移，位移增量小于0.5mm为稳定；位移不满足稳定标准时，延长持荷时间直至稳定。

39、本发明的再进一步技术方案是，步骤3中，出现以下任一情形时判定为锚杆破坏，终止加载：

40、①位移无法达到稳定标准，且弹性位移超过s2；

41、②钢丝绳锚杆从边坡岩体中拔出；

42、③某一循环同级荷载下的位移量超过上一循环同级位移量的2倍，且弹性位移超过s2；

43、步骤4中，合格判定需同时满足：

44、4.1）试验加载至最大荷载n时，钢丝绳锚杆未发生破坏；

45、4.2）锚杆实测弹性位移值处于s1与s2之间。

46、由于采用上述结构，本发明之边坡被动防护系统基础钢丝绳锚杆拉拔试验系统及方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

47、1.真实还原实际受力工况

48、本发明充分考虑钢丝绳锚杆的实际受力状态，通过可调整角度基座匹配拉锚绳实际受力角度，使钢丝绳锚杆受力角度与实际一致，在理论伸长量计算中引入夹角修正，采用多次循环加卸载模拟多次落石冲击，使试验状态与钢丝绳锚杆真实工作状态高度吻合，试验结果更具工程参考价值。

49、2.试验过程稳定自动化

50、本发明采用双油路千斤顶搭配带电子转向阀的智能油泵，实现加卸载自动平稳切换，全程由控制系统按预设程序执行，采集位移曲线真实，避免人工操作误差，试验过程稳定、数据可追溯。

51、3.位移测量精准可靠

52、本发明位移观测系统布局合理，充分考虑加载时边坡岩体本身变化对位移观测产生的影响，将基准桩设置于加载影响范围之外，消除坡面受力变形对位移测量的干扰；采用l型基准片增大位移传感器与钢丝绳锚杆接触面积，有效避免拉拔试验时钢丝绳摆动导致位移计脱落或数据跳变，大幅提升位移观测的准确性与稳定性。

53、4.评定方法科学合理

54、本发明充分考虑了边坡被动防护系统的受力特征，采用5个循环拉拔试验来确定钢丝绳锚杆的抗拔承载力；最大试验荷载充分考虑工程使用周期，对于永久性钢丝绳锚杆取1.6倍拉力设计值，临时性钢丝绳锚杆取1.2倍拉力设计值；理论伸长量上、下限值考虑钢丝绳锚杆实际受力方向与拉锚绳的夹角θ，对于试验结果的评定更合理，弥补了现有规范针对钢丝绳锚杆评定方法的空白。

55、综上，本发明所提供的钢丝绳锚杆拉拔试验系统及方法，能够真实反映钢丝绳锚杆受力状态，自动加卸载及记录位移数据，试验系统准确可靠，能保障边坡被动防护系统的安全可靠性。

56、下面，结合附图和实施例对本发明之边坡被动防护系统基础钢丝绳锚杆拉拔试验系统及方法的技术特征作进一步的说明。