一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统，包括锚固边坡模型系统、柔性水平应力加载装置、电化学测试装置，锚固边坡模型系统包括坡体和腐蚀池，坡体包括岩层和结构面材料，岩层上的岩体预留孔道内设置腐蚀池，坡体侧部设置应变和位移传感设备，柔性水平应力加载装置提供加载力，电化学测试装置包括预应力锚筋、无预应力筋、辅助电极、参比电极和电化学工作站，本实用新型专利技术可模拟预应力锚索所处的复杂岩土环境，实时监测预应力筋材的腐蚀电化学参数，可以很好的掌握复杂岩土腐蚀环境下预应力锚筋的腐蚀状态变化过程与腐蚀机理，研究锚固顺层边坡体系在腐蚀环境下的响应规律。

【技术实现步骤摘要】
一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统
本技术涉及岩土工程模型试验
，具体涉及一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统，适用于露天矿模型及岩土滑坡模型试验。
技术介绍
顺层边坡是指层面和坡面的走向、倾向基本一致的层状结构岩体边坡。经历工程扰动后，顺层边坡易发生失稳破坏，预应力锚固结构广泛应用于高陡顺层边坡加固工程。而预应力锚固工程并非“一劳永逸”，应用于边坡工程中的预应力锚固结构所处环境十分恶劣，坡体中的预应力锚索（杆）在经历较长时间的运行后会因化学腐蚀、应力腐蚀以及坡体蠕变等综合因素发生结构损伤或失效。预应力锚索脆性失效导致的高速滑坡易造成严重的灾害，迫切需要开展腐蚀环境下锚固顺层边坡稳定性退化机理与安全评估研究。边坡模型试验是一种用于研究斜坡变形失稳的发生、发展及破坏形态的试验方法。主要是使用相似材料在室内构建边坡的缩尺物理模型，对其施加开挖、降雨、堆载等外荷载，同时测试其应力应变响应过程，从而揭示斜坡失稳模式与灾变机理。目前，对锚固顺层边坡试验研究主要集中于锚固结构受力规律、锚索失效后边坡破坏特征、锚固筋材预应力损失等方面。而边坡工程中，腐蚀环境下预应力钢绞线腐蚀损伤机制、锚固结构腐蚀损伤对边坡变形与稳定性的影响规律等问题尚未解决。国内外对腐蚀环境下锚固顺层边坡系统长期演化行为研究较少。现有的预应力锚固顺层边坡模型试验系统存在以下不足：(1)现有的锚固边坡模型试验系统不能对锚索所处的腐蚀性溶液、供氧条件等腐蚀环境进行模拟，无法研究腐蚀环境下锚固顺层边坡时效演化行为。(2)现有的锚固边坡模型试验系统可以测试边坡的变形、应力等响应过程，但不能测试锚固结构的腐蚀速率、腐蚀程度等参数。(3)现有的锚固边坡模型试验系统可以实现自重荷载、垂直堆载、水位变化等外部荷载，但不能施加非均匀分布的水平应力场。
技术实现思路
本技术的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统，解决了如何在锚固边坡模型试验系统中模拟腐蚀环境，如何在锚固边坡模型试验中测试预应力锚筋的腐蚀速率与腐蚀程度，如何对边坡模型施加水平向的非均布荷载，且当坡体变形时及时补充加载的问题，能够模拟腐蚀环境、非均匀分布的水平应力场，并能在试验过程中开展锚固结构的电化学测试。本技术目的通过下述技术方案来实现：一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统，包括柔性水平应力加载装置，还包括锚固边坡模型系统和电化学测试装置，锚固边坡模型系统包括坡体和腐蚀池，坡体包括按照设定倾角由下至上设置的岩层，各个岩层之间铺设有的结构面材料，岩层上预制有岩体预留孔道，坡体一侧为垂直侧，另一侧为边坡面，腐蚀池包括PVC管、三通管和管盖，岩体预留孔道内埋设PVC管，PVC管上端口敞开，PVC管上端口与坡体的边坡面平齐，PVC管下端口伸出岩体预留孔道并与三通管的第一端口连接，三通管的第二端口用管盖封闭，三通管的第三端口朝上，坡体侧部不同设定位置设置应变传感设备，坡体旁边安装位移传感设备，电化学测试装置包括预应力锚筋、无预应力筋、辅助电极、参比电极和电化学工作站，预应力锚筋一端穿过三通管的第二端口的管盖、反力墙后，使用下端锚具固定于反力墙，预应力锚筋另一端穿过PVC管、测力计后，使用上端锚具固定于坡体的边坡面，无预应力筋和辅助电极均通过绝缘固定绳悬挂于三通管中；参比电极设置在三通管内，预应力锚筋、无预应力筋、辅助电极、参比电极相互不接触并分别通过导线与电化学工作站连接，柔性水平应力加载装置为坡体的垂直侧整体提供加载力。如上所述的柔性水平应力加载装置包括加荷板、传荷板和反力墙，传荷板紧贴坡体垂直侧设置，定位销一端固定于传荷板，另一端伸出设置在加荷板的定位销预留孔道，加荷板与传荷板在PVC管的延伸处开设有供PVC管和预应力锚筋穿过的管道预留穿孔；定位销上套设有弹簧，弹簧位于加荷板与传荷板之间；千斤顶的固定端固定于反力墙，千斤顶的伸缩端支撑于加荷板，反力墙下端部分嵌入地下并通过支撑三脚架加固。如上所述的千斤顶作用在加荷板上的高度位于坡体的总高度的三分之一处。氧气管一端插入到三通管内且位于三通管的底部，氧气管另一端与供氧泵连通。本技术相对于现有技术具有以下优点：1、现有锚固边坡模型试验系统主要用于研究锚固边坡的力学加固机制与变形破坏规律，尚未涉及到预应力锚固边坡体系的腐蚀耐久性问题，而该问题不容忽视。本技术在边坡模型中内置腐蚀池，腐蚀池中填充腐蚀液，并采用可调供氧泵供氧，可以模拟预应力锚索所处的腐蚀环境，从而研究锚固顺层边坡体系对腐蚀环境的响应规律。2、现有锚固边坡模型试验系统中的测试内容主要包括位移、应力、土压力、孔隙压力等测试，而不能探测与描述坡体中预应力筋材的腐蚀状态。本技术在预应力锚固边坡内置的腐蚀池中设置三电极体系，使用电化学工作站可以实时监测预应力锚筋的自腐蚀电位、腐蚀电流密度、交流阻抗谱等电化学参数，能很好的掌握腐蚀环境下预应力锚筋的腐蚀状态变化过程与腐蚀机理。3、现有边坡模型试验系统中的水平加载装置为刚性加载，刚性加载装置施加在坡体上的力可以认为是均布荷载，而实际上，不同高程处岩体的水平应力并不相同，另外，当坡体发生一定位移时，刚性加载装置与坡体之间不能满足变形协调,会导致荷载不能及时施加在变形坡体上。本技术组合两块薄钢板与多个弹簧开发了边坡水平柔性加载装置，将集中力作用点设置于距离地面h/3处（h为坡体高度），可以模拟岩体不同高程水平向的非均匀分布荷载，当坡体发生变形时柔性加载装置的弹性变形量可以对坡体迅速补充加载，故较逼真地模拟了边坡中的水平应力。附图说明图1为本技术的立面图。图2为本技术的剖面图。图3为本技术的右视图。图4为本技术中电化学测试装置示意图。图中：1—岩层材料，2—腐蚀池，3—预应力锚筋，4-1—上端锚具，4-2—下端锚具，5—测力计，6—加荷板，7—传荷板，8—定位销，9—弹簧，10—千斤顶，11—反力墙，12—支撑三脚架，13—电化学测试装置，14—无预应力筋，15—辅助电极，16—参比电极，17-1—预应力工作电极导线，17-2无预应力工作电极导线，18—参比电极导线，19—辅助电极导线，20—电化学工作站，21—可调式供氧泵，22—氧气管，23—密封圈，24—绝缘固定绳，25—结构面材料，26—位移传感设备，27—应变传感设备。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本技术的技术方案，但附图中的实施例不构成对本技术的任何限制。如图1～图4所示，一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统，包括锚固边坡模型系统、柔性水平应力加载装置、电化学测试装置13，具体为：锚固边坡模型系统包括坡体、腐蚀池2、锚具（4-1、4-2）、测力计5等。坡体包括按照设定倾角由下至上设置的岩层，各个岩层之间铺设有的结构面材料25，岩层内预制有岩体预留孔道，岩体预留孔道内设置有腐蚀池2的PVC管，岩层采用岩层材料1制作。岩层材料1和结构面材料25为室内人工配置而成，可根据工程实际中岩层和结构面的物理参数、力学参数按模型试验中的相似准则进行配置。使用预制模板中预留岩体预留孔道的方式制作岩层，制作出的岩层是含岩体预留孔道的，多个含岩体预留孔道的岩层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统，包括柔性水平应力加载装置，其特征在于，还包括锚固边坡模型系统和电化学测试装置(13)，锚固边坡模型系统包括坡体和腐蚀池(2)，坡体包括按照设定倾角由下至上设置的岩层，各个岩层之间铺设有的结构面材料(25)，岩层上预制有岩体预留孔道，坡体一侧为垂直侧，另一侧为边坡面，腐蚀池(2)包括PVC管、三通管和管盖，岩体预留孔道内埋设PVC管，PVC管上端口敞开，PVC管上端口与坡体的边坡面平齐，PVC管下端口伸出岩体预留孔道并与三通管的第一端口连接，三通管的第二端口用管盖封闭，三通管的第三端口朝上，坡体侧部不同设定位置设置应变传感设备(27)，坡体旁边安装位移传感设备(26)，电化学测试装置(13)包括预应力锚筋(3)、无预应力筋(14)、辅助电极(15)、参比电极(16)和电化学工作站(20)，预应力锚筋(3)一端穿过三通管的第二端口的管盖、反力墙(11)后，使用下端锚具(4‑2)固定于反力墙(11)，预应力锚筋(3)另一端穿过PVC管、测力计(5)后，使用上端锚具(4‑1)固定于坡体的边坡面，无预应力筋(14)和辅助电极(15)均通过绝缘固定绳(24)悬挂于三通管中；参比电极(16)设置在三通管内，预应力锚筋(3)、无预应力筋(14)、辅助电极(15)、参比电极(16)相互不接触并分别通过导线与电化学工作站(20)连接，柔性水平应力加载装置为坡体的垂直侧整体提供加载力。...

【技术特征摘要】
1.一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统，包括柔性水平应力加载装置，其特征在于，还包括锚固边坡模型系统和电化学测试装置(13)，锚固边坡模型系统包括坡体和腐蚀池(2)，坡体包括按照设定倾角由下至上设置的岩层，各个岩层之间铺设有的结构面材料(25)，岩层上预制有岩体预留孔道，坡体一侧为垂直侧，另一侧为边坡面，腐蚀池(2)包括PVC管、三通管和管盖，岩体预留孔道内埋设PVC管，PVC管上端口敞开，PVC管上端口与坡体的边坡面平齐，PVC管下端口伸出岩体预留孔道并与三通管的第一端口连接，三通管的第二端口用管盖封闭，三通管的第三端口朝上，坡体侧部不同设定位置设置应变传感设备(27)，坡体旁边安装位移传感设备(26)，电化学测试装置(13)包括预应力锚筋(3)、无预应力筋(14)、辅助电极(15)、参比电极(16)和电化学工作站(20)，预应力锚筋(3)一端穿过三通管的第二端口的管盖、反力墙(11)后，使用下端锚具(4-2)固定于反力墙(11)，预应力锚筋(3)另一端穿过PVC管、测力计(5)后，使用上端锚具(4-1)固定于坡体的边坡面，无预应力筋(14)和辅助电极(15)均通过绝缘固定绳(24)悬挂于三通管中；参比电极(16)设置在三通管内，预应力锚...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱杰兵，李聪，汪斌，宋玉苏，蒋昱州，刘小红，刘智俊，张磊，徐栋栋，曾平，汪朝晖，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：新型
国别省市：湖北,42