一、半体锚固结构应力与变形场同步测试系统及测试方法

锚固技术是一种有效的巷道围岩加固支护技术，在矿山、水利、隧道、岩土等工程中得到了广泛的应用。但是由于巷道围岩条件的复杂多变性，锚固作用机理尚未形成系统的理论体系，对巷道锚固支护设计的定量指导性不足，由锚固失效引发的顶板事故在国内多有发生。

本发明的目的在于提供一种半体锚固结构应力与变形场同步测试系统及测试方法，以实现锚固结构拉拔试验过程中围岩变形场与锚杆应力同步测试。

专利优势：

(1) 本发明保证了锚杆沿半体锚固结构轴向拉拔，实现了锚固结构变形场与应力同步测试，提高了锚固机理研究数据获取的准确性和全面性。

(2) 本发明采用固定筒体上设置凸起圆环的方式，代替上部内置挡板固定锚固结构，使锚固结构顶部为自由面，更符合现场工程，且结构简单易行。

(3)本发明具备半体锚固结构制备及测试两项功能，增加另一半固定筒体即可进行锚固结构常规拉拔试验，在固定筒体前侧增加一个全遮挡透明前置挡板后，可进行土层锚固结构拉拔测试。

二、一种大型地下工程强力刚性支架可调节收敛约束装置及方法

复杂地质条件下深井、软岩和动压巷道岩体呈现强流变特性，围岩的长期稳定性控制极其困难。现阶段，以钢管混凝土为主体的强力刚性支架支护形式在一定程度上缓解了原有U型钢支护强度不足、阻力过小、成本过高及让压受制等问题，钢管混凝土强力刚性支架是由钢管和混凝土组成的组合支护结构。现有的支护体系为U型钢或者单纯的钢性支护体系，无法吸收额外转移的能量，巷道围岩变形能量无法得到释放，而现有强力刚性支架支护系统由于支架与围岩接触面较小，容易导致钢管表面的应力集中，深部巷道刚性支架偏压现象明显，刚性支护让压能力欠缺，过高的强度要求导致支护成本上升。

专利优势：

(1) 本发明通过弹性件的设置，解决了现有钢管混凝土强力刚性支护支护刚度有余而柔性不足的问题，通过装置内置的弹性可调节弹簧，利用较小的恒阻或变阻结构，实现支护体系在一定阻力条件下与围岩协调变形，达到缩小截面面积换取较小支护刚度，从而保证大变形巷道的长期稳定。

(2) 本发明通过无线压力传感器的设置，可对弹性件与让压节点部件之间的力进行检测，便于支架与围岩岩体之间发生协调变形时，对弹性件回弹力的调整。

(3) 本发明整个装置为拆卸式结构，可重复利用，节约资源。

(4) 本发明整个结构使得支护体系具有吸收额外转移能量的能力，以保证巷道围岩变形能量得到释放，支护系统所具有的这种让压能力可以释放不可控制的变形，提高支护系统的有效性和完整性。

三、软弱破碎岩体注浆加固效能三维空间数据采集方法

矿山、隧道等地下工程建设中，经常发生围岩变形大、涌水量大等问题，甚至会发生突水突泥灾害，造成巨大的人员财产损失。注浆作为一种加固软弱围岩、治理水害的一种有效手段在地下工程灾害治理中得到了越来越广泛的应用。目前注浆试验难以兼顾注浆效果检验与浆脉空间形态判识，造成注浆模型试验有效数据的大量丢失。

本发明提供一种软弱破碎岩体注浆加固效能三维空间数据采集方法，该方法完善了注浆试验数据提取与分析方法，提高了注浆试验质量与科学性。

专利优势：

(1)本发明提出了软弱破碎岩体加固效能检验与加固体力学、水力学特征等三维空间信息的获取方法，完善了注浆试验数据提取与分析方法，提高了注浆试验质量与科学性。实现了注浆加固体空间形态精确性分析、浆液扩散路径判识及加固后岩体力学与水力学性质改善程度定量评价，为注浆加固理论研究及数值分析提供技术支撑。

(2)本发明充分考虑了模型试验中加固体物理指标空间分布非均匀性规律，利用分区段精细开挖方法获取不同部位、不同区块加固体的测试样品，并量测、采集浆脉展布形态，为注浆模型试验浆液扩散规律、加固体物理指标改善程度分布与变化规律研究提供第一手的试验手段和数据。

(3)本发明将注浆加固模式划分为压密型、渗透型、劈裂型等单型及压密-劈裂型、渗透-劈裂型等复合型注浆加固模式。首次就注浆模型试验中注浆效果检验与加固体三维空间数据体的确定提供了定量研究方法，克服了注浆试验中信息过量遗失，不能全面挖掘的难题。

(4)本发明中三维空间数据采集方法简单易行，操作简单，为进一步基于注浆模型试验开展注浆扩散与加固理论研究奠定基础。

四、拉压耦合型高强大变形锚杆及其使用方法

在矿山、水利水电、边坡和隧道等工程支护过程中，锚杆是应用很多的一种支护装备。随着开采深度不断增大以及大规模地下工程的建设，面临的地质条件越来越复杂，围岩经常表现出高应力、大变形的特点。这种情况要求锚杆既有较高的锚固力，又具有良好的变形性能。锚杆根据灌浆体所处的应力状态，可分为拉力型、压力型锚杆。但拉力型锚杆杆体-浆体-孔壁之间的剪应力沿轴向分布十分不均匀，引起锚固体渐进式破坏。压力型锚杆内锚固段的承载力受到锚固剂本身抗压强度以及锚固剂与孔壁间抗剪强度的限制，难以达到较高的承载力。

本发明将拉力型和压力型锚杆的锚固单元结合到一起，以提高锚杆锚固力，并且使其具有大变形性质，提供一种拉压耦合型高强大变形锚杆及其使用方法。

专利优势：

(1)本发明将拉力型锚杆和压力型锚杆耦合在一起，共同分担锚杆受力，提高了锚杆的极限锚固力，实现了锚杆“高强”的目的。

(2)本发明可以通过张拉施加一定量的预应力，这样锚杆对围岩产生压力对与抵抗岩体剪切变形具有积极作用。

(3)本发明明显优化了锚杆在现场应用时的受力状态，结构简单，可以在不影响施工效率，成本增加不多的情况下，显著提高锚杆的可靠性及支护效果。

成果联系方式:蒋学凯 17660458662

电子邮箱：jszy@sdust.edu.cn