一种岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试技术领域，具体公开一种岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试装置及测试方法。测试装置包括T形岩石、T形试模、连接组件。测试方法：（1）将T形试模固定在T形岩石上部；（2）混凝土喷射与成型；（3）测试装置安装；（4）拉拔试验；（5）记录加载过程中有效峰值；（6）重复上述步骤（1）‑（5）；（7）取多次有效峰值的平均值作为其最大拉力F；根据最大拉力F和接触面积S，计算岩石与喷射混凝土接触面粘结强度Q。本发明专利技术测试装置以及测试方法，操作过程中接触面无扰动、测量精度高，可用于室内又可在现场准确测试，可为地下支护结构的安全和质量评判提供可靠依据。

A Testing Device and Method for Bond Strength of Rock-shotcrete Interface

【技术实现步骤摘要】
一种岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试装置及测试方法
本专利技术属于岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试
，具体涉及一种岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试装置及测试方法。
技术介绍
随着我国地下工程建设的快速发展，隧道开挖支护已成为保证隧道安全建设和运行的重要环节，尤其是岩壁与喷射混凝土之间接触面的粘结强度直接决定了隧道初期支护效果，进而对隧道和地下工程质量和安全可靠性产生重要影响。目前，针对岩石与喷射混凝土接触面粘结强度的测试装置在现场和室内使用过程中均存在一些弊端，亟需改进。因此，专利技术一种在现场和室内都可以准确测定岩石与喷射混凝土接触面粘结强度的测试装置，为隧道初期支护安全和质量评判提供切实可靠的依据显得尤为重要。目前，针对岩石与喷射混凝土接触面粘结强度的测试装置主要以钻芯拉拔法和劈裂法为主。钻芯拉拔法主要应用于现场测试，因为钻芯过程对接触面会产生不可避免的扰动，尤其是在喷射混凝土之后的初期阶段，若扰动太大或粘结强度发展较慢，将会导致接触面直接断裂；针对钻芯过程中的扰动问题，有部分学者提出预埋构件的改进措施，但喷射过程中很难保证构件垂直，使得拉拔过程中易出现偏心受力；若采用将拉拔构件粘结于喷射混凝土表面，因为胶结材料硬化慢，在早期拉拔时极易出现混凝土与胶结材料界面先于喷射混凝土与岩石界面断裂现象，导致试验结果无效。劈裂法主要应用于室内试验研究，该方法虽然避免了对试样接触界面的扰动，但是，当选用自然破裂岩石面作为接触面时，无法保证劈裂破坏发生在喷射混凝土与岩石界面处，易出现破坏曲线并不是二者的接触薄弱面现象；即使选用平整度一致的岩石界面，在采用劈裂法加载时，也很难保证施加的纵向载荷刚好位于二者界面处，试验受人为因素影响较大；此外，由于岩石自然断裂面粗糙不平，劈裂破坏过程中会产生混凝土与岩石剪切破坏，从而导致试验结果偏大。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的旨在提供一种岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试装置及测试方法，该装置及测试方法在测试时对岩石与喷射混凝土的接触面无扰动、测量精度高，可用于室内又可在现场准确测试，为隧道的安全和质量评判提供可靠依据。为实现上述目的，本专利技术提供了两种技术方案，一种用于室内测试，另外一种用于现场测试，具体为：第一种，室内测试装置以及测试方法：室内测试装置：包括T形岩石、T形试模、两个连接组件；T形岩石与T形试模的形状相同；所述T形岩石为在基岩上提前切割而成，并与基岩脱离；所述T形岩石由第一实心柱体和第二实心柱体一体成型，并且第一实心柱体粗、第二实心柱体细，第二实心柱体位于第一实心柱体顶部，第一实心柱体和第二实心柱体的中心线在同一条直线上；所述T形试模包括第一中空柱体和第二中空柱体，并且第一中空柱体粗、第二中空柱体细，第一中空柱体位于第二中空柱体顶部，第一中空柱体和第二中空柱体的中心线在同一条直线上，第一中空柱体的内腔尺寸与第一实心柱体的侧面外轮廓尺寸相同，第二中空柱体的内腔尺寸与第二实心柱体的侧面外轮廓尺寸相同，第二中空柱体的高度为第二实心柱体的高度的2倍；第一中空柱体由第一模块拼接而成，两个第一模块各自在其两端设有相对应的第一连接耳，第一连接耳上开设有相对应的第一螺栓孔，相对应的两个第一螺栓孔内穿设有第一螺栓并用第一螺母固定；第二中空柱体由第二模块拼接而成，两个第二模块的顶部向外延伸有上高下低的两层台阶状边沿，两层台阶状边沿的尺寸保证第一中空柱体正好放置在其下层台阶上；两个第二模块各自在其两端设有相对应的第二连接耳，第二连接耳上开设有相对应的第二螺栓孔，相对应的两个第二螺栓孔内穿设有第二螺栓并用第二螺母固定；所述每个连接组件包括一个球铰拉杆、一个压板和一个拉板；所述球铰拉杆包括连接杆，连接杆一端一体成型有半球形连接头、另一端螺纹连接有第三螺母；所述压板由两个对半剖分的板块拼接而成并且压板中间设有孔洞，压板中间的孔洞大小与第二实心柱体的侧面外轮廓尺寸相适配，压板的两个板块在其两侧端以及底端各开设有第四螺栓孔；所述拉板为圆形板，拉板的中心开设有与球铰拉杆的半球形连接头相适配的半球形孔洞，拉板上在半球形孔洞的周围位置开设有与压板相对应的第四螺栓孔；球铰拉杆穿设在拉板的半球形孔洞内并且半球形连接头位于半球形孔洞内，拉板与压板对应的第四螺栓孔内穿设有第四螺栓并用第四螺母固定。利用上述室内测试装置进行的室内测试方法，步骤如下：（1）将T形试模固定在T形岩石上部：首先拆卸第一螺栓以及第一螺母、第二螺栓以及第二螺母；然后保证T形岩石在下、T形试模在上，将T形试模的第二中空柱体向下套设在T形岩石上；最后紧固第一螺栓以及第一螺母、第二螺栓以及第二螺母，将T形试模固定在T形岩石上部；（2）混凝土喷射与成型：在T形试模内壁均匀涂抹黄油，然后向T形试模内腔中喷射混凝土，待混凝土养护成型后，拆卸第一螺栓以及第一螺母、第二螺栓以及第二螺母，将T形试模从T形岩石上取下，得到“工”字型对称试样；（3）测试装置安装：首先拆卸第四螺栓以及第四螺母，然后将两个连接组件中的两个压板分别置于“工”字型对称试样的竖直段上下两端，将两个拉板分别置于“工”字型对称试样的横向两端的外平面上并且半球形孔洞端朝向“工”字型对称试样，最后紧固第四螺栓以及第四螺母；最后检查拉板、压板和“工”字型对称试样的水平与垂直度，如有倾斜，通过球铰拉杆，或者第四螺栓以及第四螺母分别调整；（4）拉拔试验：万能力学试验机通过夹持两端球铰拉杆施加拉力，直至试样破坏；（5）记录加载过程中有效峰值；（6）重复上述步骤（1）-（5）；（7）取多次有效峰值的平均值作为其最大拉力F；根据最大拉力F和接触面积S，计算岩石与喷射混凝土接触面粘结强度Q，如下式所示：。第二种，现场测试装置以及测试方法：现场测试装置：包括T形岩石、T形试模、一个连接组件、三角支架；T形岩石与T形试模的形状相同；所述T形岩石为在基岩上切割而成，并与基岩为一体；所述T形岩石由第一实心柱体和第二实心柱体一体成型，并且第一实心柱体粗、第二实心柱体细，第一实心柱体位于基岩顶部，第二实心柱体位于第一实心柱体顶部，第一实心柱体和第二实心柱体的中心线在同一条直线上；所述T形试模包括第一中空柱体和第二中空柱体，并且第一中空柱体粗、第二中空柱体细，第一中空柱体位于第二中空柱体顶部，第一中空柱体和第二中空柱体的中心线在同一条直线上，第一中空柱体的内腔尺寸与第一实心柱体的侧面外轮廓尺寸相同，第二中空柱体的内腔尺寸与第二实心柱体的侧面外轮廓尺寸相同，第二中空柱体的高度为第二实心柱体的高度的2倍；第一中空柱体由第一模块拼接而成，两个第一模块各自在其两端设有相对应的第一连接耳，第一连接耳上开设有相对应的第一螺栓孔，相对应的两个第一螺栓孔内穿设有第一螺栓并用第一螺母固定；第二中空柱体由第二模块拼接而成，两个第二模块的顶部向外延伸有上高下低的两层台阶状边沿，两层台阶状边沿的尺寸保证第一中空柱体正好放置在其下层台阶上；两个第二模块各自在其两端设有相对应的第二连接耳，第二连接耳上开设有相对应的第二螺栓孔，相对应的两个第二螺栓孔内穿设有第二螺栓并用第二螺母固定；所述连接组件包括一个球铰拉杆、一个压板和一个拉板；所述球铰拉杆包括连接杆，连接杆一端一体成型有半球形连接头、另一端螺纹连接有第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试装置，其特征在于：包括T形岩石、T形试模、两个连接组件；T形岩石与T形试模的形状相同；所述T形岩石为在基岩上提前切割而成，并与基岩脱离；所述T形岩石由第一实心柱体和第二实心柱体一体成型，并且第一实心柱体粗、第二实心柱体细，第二实心柱体位于第一实心柱体顶部，第一实心柱体和第二实心柱体的中心线在同一条直线上；所述T形试模包括第一中空柱体和第二中空柱体，并且第一中空柱体粗、第二中空柱体细，第一中空柱体位于第二中空柱体顶部，第一中空柱体和第二中空柱体的中心线在同一条直线上，第一中空柱体的内腔尺寸与第一实心柱体的侧面外轮廓尺寸相同，第二中空柱体的内腔尺寸与第二实心柱体的侧面外轮廓尺寸相同，第二中空柱体的高度为第二实心柱体的高度的2倍；第一中空柱体由第一模块拼接而成，两个第一模块各自在其两端设有相对应的第一连接耳，第一连接耳上开设有相对应的第一螺栓孔，相对应的两个第一螺栓孔内穿设有第一螺栓并用第一螺母固定；第二中空柱体由第二模块拼接而成，两个第二模块的顶部向外延伸有上高下低的两层台阶状边沿，两层台阶状边沿的尺寸保证第一中空柱体正好放置在其下层台阶上；两个第二模块各自在其两端设有相对应的第二连接耳，第二连接耳上开设有相对应的第二螺栓孔，相对应的两个第二螺栓孔内穿设有第二螺栓并用第二螺母固定；所述每个连接组件包括一个球铰拉杆、一个压板和一个拉板；所述球铰拉杆包括连接杆，连接杆一端一体成型有半球形连接头、另一端螺纹连接有第三螺母；所述压板由两个对半剖分的板块拼接而成并且压板中间设有孔洞，压板中间的孔洞大小与第二实心柱体的侧面外轮廓尺寸相适配，压板的两个板块在其两侧端以及底端各开设有第四螺栓孔；所述拉板为圆形板，拉板的中心开设有与球铰拉杆的半球形连接头相适配的半球形孔洞，拉板上在半球形孔洞的周围位置开设有与压板相对应的第四螺栓孔；球铰拉杆穿设在拉板的半球形孔洞内并且半球形连接头位于半球形孔洞内，拉板与压板对应的第四螺栓孔内穿设有第四螺栓并用第四螺母固定。...

【技术特征摘要】
1.一种岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试装置，其特征在于：包括T形岩石、T形试模、两个连接组件；T形岩石与T形试模的形状相同；所述T形岩石为在基岩上提前切割而成，并与基岩脱离；所述T形岩石由第一实心柱体和第二实心柱体一体成型，并且第一实心柱体粗、第二实心柱体细，第二实心柱体位于第一实心柱体顶部，第一实心柱体和第二实心柱体的中心线在同一条直线上；所述T形试模包括第一中空柱体和第二中空柱体，并且第一中空柱体粗、第二中空柱体细，第一中空柱体位于第二中空柱体顶部，第一中空柱体和第二中空柱体的中心线在同一条直线上，第一中空柱体的内腔尺寸与第一实心柱体的侧面外轮廓尺寸相同，第二中空柱体的内腔尺寸与第二实心柱体的侧面外轮廓尺寸相同，第二中空柱体的高度为第二实心柱体的高度的2倍；第一中空柱体由第一模块拼接而成，两个第一模块各自在其两端设有相对应的第一连接耳，第一连接耳上开设有相对应的第一螺栓孔，相对应的两个第一螺栓孔内穿设有第一螺栓并用第一螺母固定；第二中空柱体由第二模块拼接而成，两个第二模块的顶部向外延伸有上高下低的两层台阶状边沿，两层台阶状边沿的尺寸保证第一中空柱体正好放置在其下层台阶上；两个第二模块各自在其两端设有相对应的第二连接耳，第二连接耳上开设有相对应的第二螺栓孔，相对应的两个第二螺栓孔内穿设有第二螺栓并用第二螺母固定；所述每个连接组件包括一个球铰拉杆、一个压板和一个拉板；所述球铰拉杆包括连接杆，连接杆一端一体成型有半球形连接头、另一端螺纹连接有第三螺母；所述压板由两个对半剖分的板块拼接而成并且压板中间设有孔洞，压板中间的孔洞大小与第二实心柱体的侧面外轮廓尺寸相适配，压板的两个板块在其两侧端以及底端各开设有第四螺栓孔；所述拉板为圆形板，拉板的中心开设有与球铰拉杆的半球形连接头相适配的半球形孔洞，拉板上在半球形孔洞的周围位置开设有与压板相对应的第四螺栓孔；球铰拉杆穿设在拉板的半球形孔洞内并且半球形连接头位于半球形孔洞内，拉板与压板对应的第四螺栓孔内穿设有第四螺栓并用第四螺母固定。2.如权利要求1所述的岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试装置，其特征在于：所述第一实心柱体为第一实心正四棱柱，所述第二实心柱体为第二实心正四棱柱；所述第一中空柱体为第一中空正四棱柱，所述第二中空柱体为第二中空正四棱柱；所述第一模块和第二模块的横截面为L形；所述压板为方形，压板中间的孔洞亦为方形。3.如权利要求1所述的岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试装置，其特征在于：所述第一实心柱体为第一实心圆柱，所述第二实心柱体为第二实心圆柱；所述第一中空柱体为第一中空圆柱，所述第二中空柱体为第二中空圆柱；所述第一模块和第二模块的横截面为半圆形；所述压板为圆形，压板中间的孔洞亦为圆形。4.一种利用如权利要求1~3任一所述岩石与喷射混凝土接触面粘结强度测试装置的测试方法，其特征在于，测试步骤如下：（1）将T形试模固定在T形岩石上部：首先拆卸第一螺栓以及第一螺母、第二螺栓以及第二螺母；然后保证T形岩石在下、T形试模在上，将T形试模的第二中空柱体向下套设在T形岩石上；最后紧固第一螺栓以及第一螺母、第二螺栓以及第二螺母，将T形试模固定在T形岩石上部；（2）混凝土喷射与成型：在T形试模内壁均匀涂抹黄油，然后向T形试模内腔中喷射混凝土，待混凝土养护成型后，拆卸第一螺栓以及第一螺母、第二螺栓以及第二螺母，将T形试模从T形岩石上取下，得到“工”字型对称试样；（3）测试装置安装：首先拆卸第四螺栓以及第四螺母，然后将两个连接组件中的两个压板分别置于“工”字型对称试样的竖直段上下两端，将两个拉板分别置于“工”字型对称试样的横向两端的外平面上并且半球形孔洞端朝向“工”字型对称试样，最后紧固第四螺栓以及第四螺母；最后检查拉板、压板和“工”字型对称试样的水平与垂直度，如有倾斜，通过球铰拉杆，或者第四螺栓以及第四螺母分别调整；（4）拉拔试验：万能力学试验机通过夹持两端球铰拉杆施加拉力，直至试样破坏；（5）记录加载过程中有效峰值；（6）重复上述步骤（1）-（5）；（7）取多次有效峰值的平均值作为其最大拉力F；根据最大拉力F和接触面积S，计算岩石与喷射混凝土接触面粘结强度Q，如下式所示：。5.如权利要求4所述的测试方法，其特征在于：“工”字型对称试样上在T形岩石与喷射混凝土的接触面处设置应变片或位移计或裂缝变形计，应变片或位移计或裂缝变形计再连接计算机。6.一种岩石与喷射混凝土接触面...

【专利技术属性】
技术研发人员：余永强，范利丹，李培涛，龚健，张子建，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41