技术摘要：
本发明公开了一种大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统及方法，主要包括：密封箱体，在箱体内壁依次均匀设有若干个独立提供侧向挤压力的侧压单元，箱体内填充煤岩体或相似模拟材料；沿着试验系统内嵌锚杆或注浆锚杆的直线方向上依次设置若干个横向的剪切单元、  全部
背景技术：
锚杆支护已经成为煤矿巷道、隧道及边坡等支护的高效支护手段，在我国得到了 大面积的推广。以煤矿为例，锚杆不仅能够增加锚固煤岩体的锚固力，还能通过注浆改善煤 岩体的力学性能，起到防止巷道两帮位移、巷道底板底鼓。 锚杆打入巷道围岩中后，在围岩的作用下实际受力情况非常复杂，一根锚杆同时 受到剪切、拉伸、扭转等情况下的一种或多种力组合，研究锚杆在围岩中的实际受力情况也 非常难以实现。 本试验系统具有大尺度的围岩锚注一体的支护体模拟系统，研究锚杆在裂隙围岩 中注浆以及与注浆岩体相互作用机理，更深层次研究锚杆作用与围岩的受力状态。 在围岩中，锚杆受到复杂外力的作用下，产生一系列的变形，造成锚杆的承载能力 下降，并且在不同组合应力状态下的承载能力显著不同。单根锚杆在不同组合应力状态下 的承载能力研究，便于研究锚杆在围岩中的实际受力。 单根锚杆在这些复杂的外力作用，在锚杆杆体内形成拉伸应力、扭转应力、剪切应 力、围岩应力等复杂的应力组合，使锚杆实际承载能力下降，并在不同应力组合时的承载能 力显著不同。复杂的外力作用也使锚杆的变形情况复杂化，锚杆轴向伸长、扭转、剪切作为 锚杆变形的主要形式，使锚杆对注浆煤岩体的约束力下降，是引起锚杆支护巷道围岩变形 的主要因素。 现有的锚杆测试系统主要存在以下缺点： （1）虽然国内外学者对锚杆的力学特性及围岩特性进行了许多探索性的工作，积累了 丰富的经验，但没有集锚杆、煤岩体、注浆材料为一体的支护体力学特性试验系统。 （2）目前的测试平台主要对锚杆或岩样的力学特性大多是单一的拉力、弯矩、扭矩 及剪切力试验研究，对锚杆、岩样或支护体同时处于拉力、弯矩、扭矩、剪应力及环境因素的 多场耦合条件下的破坏机理试验还没有涉及到，并且很少考虑深部岩体实际的复杂的地质 条件及围压作用的影响。 （3）目前常用的方法主要采用小型试样进行测试，无法完整模拟井下地质环境，难 以对锚杆及支护体进行整体测试，不能够完整反映杆体及支护体的受力及变形状态。
技术实现要素：
为了解决锚杆现有上述检测技术中存在的问题，本发明提供一种大尺度复杂围岩 条件锚注一体耦合作用试验系统及方法。 为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案： 一种大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统，包括： 4 CN 111595682 A 说　明　书 2/6 页 地下模拟系统，用于模拟锚杆复杂工作环境，所述复杂围岩地质条件模拟系统包括箱 体，所述箱体为密封的立方体中空结构，箱体每个内壁均设有若干个独立提供侧向挤压力 的侧压单元，箱体内填充相似材料或煤岩体，锚杆或注浆锚杆穿过箱体侧壁伸入箱体内； 剪切单元，用于提供试验所需剪切力，所述剪切单元包括至少两个交错设置剪切块，剪 切块由动力设备推动平移，所述剪切块移动方向垂直于锚杆轴线； 拉伸单元，用于提供试验所需拉力，所述拉伸单元为伸缩设备组成； 扭曲单元，用于提供实验所需扭曲离，所述扭曲单元设置于构成拉伸单元的伸缩设备 上，扭曲单元上设置有用于夹持锚杆的夹具，扭曲单元绕锚杆轴线转动； 注浆装置，用于进行注浆操作，所述注浆装置与锚杆端部可拆卸连接。 作为本方案的一种改进，所述侧压单元包括若干个独立由液压缸控制且相对箱体 内部空间作伸缩运动的挤压板。 作为本方案的一种改进，所述剪切单元动力设备为液压缸，在液压缸活塞的自由 端固定剪切块。 作为本方案的一种改进，所述拉伸单元包括至少一个液压油缸，所有液压油缸同 步伸缩。 作为本方案的一种改进，所述扭曲单元包括由动力设备驱动的行星减速机组，行 星减速机组运动端设置有用于夹持锚杆的夹具。 作为本方案的一种改进，所述箱体与锚杆连接处设置有密封装置。 一种基于所述的大尺度复杂围岩条件锚注一体耦合作用试验系统实施的试验方 法，包括如下步骤： a、安装锚杆：将锚杆伸入箱体内，锚杆端部通过扭矩单元上夹具进行夹持； b、贴附应变片：在锚杆上贴附应变片； c、安装测试数据采集设备； d、采取如下试验方式中的一个或多个： 试验方式一、对锚杆或注浆锚杆在拉、扭、剪、切、弯单一或多因素互耦合工况下测试锚 杆力学特性，记录锚杆在各种试验条件下的数据； 试验方式二、向箱体内填充模拟材料或煤岩体，模拟锚杆或注浆锚杆实际使用环境；通 过控制侧压单元、剪切单元、拉伸单元、扭曲单元和注浆装置动作，模拟锚杆或注浆锚杆在 实际地质条件多环境作用下工作状态，记录锚杆或注浆锚杆在各种试验条件下的数据； 试验方式三、由现场取回的岩样或采用相似模拟材料模拟现场岩性，在试样表面及内 部埋设测量装置，采用模拟测试系统中的拉、扭、剪、切单一或多因素耦合工况下测试试样 在井下围岩实际应力条件下岩体的变形破坏规律，记录锚杆或注浆锚杆、岩样或相似材料 在各种试验条件下的数据； 试验方式四、通过注浆锚杆开展不同材料的浆液及水灰比、注浆压力、流通路径、岩性 注浆模型试验，然后通过取样测试浆液渗流参数变化及其扩散规律，对注浆锚杆在拉、扭、 剪、切、弯单一或多因互耦合工况下测试期锚杆力学特性，记录注浆锚杆在各种试验条件下 的数据； e、对所记录数据进行分析。 作为本方案的一种改进，步骤d中，试验方式还包括试验方式五，通过侧压单元、剪 5 CN 111595682 A 说　明　书 3/6 页 切单元、拉伸单元、扭曲单元、弯曲单元和注浆装置独立或者多个组合动作，模拟复杂环境 作用下锚杆、支护体力学特性以及注浆浆液在支护体中的渗流规律。 作为本方案的一种改进，步骤d中，侧压单元、剪切单元、拉伸单元、扭曲单元和注 浆装置独立或者多个组合动作，模拟复杂环境作用下锚杆使用状态。 作为本方案的一种改进，步骤d中，还可更换箱体中煤岩体组成，模拟不同岩体状 态下锚杆使用状态，在相似模拟材料中添加酸碱材料，还可以模拟锚杆的腐蚀状态下的受 力状态。 作为本方案的一种改进，步骤d中，所述侧压单元各个独立的挤压板可独立运动， 模拟复杂岩层环境下锚杆使用状态。 作为本方案的一种改进，所述大尺度复杂条件围岩锚注一体耦合作用试验系统还 包括声发射、锚杆受力状况无损检测系统，记录试样及锚杆、注浆锚杆的测试参数。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 1）通过特殊结构的复杂岩体地质条件下的模拟系统与相应的剪切单元、扭曲单元和拉 伸单元，不仅可以检测锚杆或注浆锚杆在不同场合的强度和变形规律，还可以检测在锚杆 或注浆锚杆在复杂的外部作用力下锚固力强度；通过模拟实际工作状态实现了复杂环境作 用下大尺度锚杆或注浆锚杆工作状态测试；可以模拟在复杂地质条件下锚杆在拉、扭、剪、 切、弯单因素或多因素耦合作用杆体的力学特性； 2）通过剪切单元、扭曲单元和拉伸单元的配合，在填充模拟材料或煤岩体后锚杆或注 浆锚杆的力学特性测试； 3）侧压单元包括多个可独立运动的挤压板，可模拟实现不同地质构造，模拟地下岩体 在复杂条件下的变形规律及力学特性；进一步的，可以实现不同大尺度煤岩体作用下锚杆 受力变形的测试； 4）可通过注浆装置向箱体内注浆，模拟实现了不同破裂岩体状态锚注耦合作用下锚杆 工作状态测试，注浆锚杆在注入不同浆液时模拟在复杂地质条件下在拉、扭、剪、切、弯单因 素或多因互耦合作用时杆体的力学特性； 5）由现场取回的岩样或采用相似模拟材料模拟现场岩性，在试样表面及内部埋设测量 装置，采用模拟测试系统中的拉、扭、剪、切功能测试试样在井下围岩实际应力条件下岩体 的变形破坏规律 6）由现场取回的岩样或采用相似模拟材料模拟现场岩性，在试样表面及内部埋设测量 装置，启动单一侧的剪切单元测试围岩受挤压条件下岩体弯曲时变形规律，记录锚杆或注 浆锚杆、岩样或相似材料在各种试验条件下的数据； 7）可以检测通过注浆锚杆注入不同的浆液材料时，模拟浆液在地下岩体中的渗流扩散 规律及岩体强度的变化，并测试注浆锚杆在不同地质条件下锚固力强度。 附图说明 图1为本发明中结构的俯视图。 图中，1、煤岩体；2、侧压单元；3、地下模拟系统；31、箱体；4、剪切单元；5、扭曲单 元；6、拉伸单元；7、锚杆；8、注浆装置。 6 CN 111595682 A 说　明　书 4/6 页