一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种描述混凝土‑围岩粘结面压剪损伤的装置及方法，其装置包括混凝土‑围岩试件、裂缝张口位移计和轴向引伸计；所述混凝土‑围岩试件包括固定相连的岩石样品和喷射混凝土，所述岩石样品和喷射混凝土的连接面呈斜面，且连接面处安装有所述裂缝张口位移计；所述混凝土‑围岩试件两端设有轴向引伸计夹头，两个所述轴向引伸计夹头间安装有若干轴向引伸计。本发明专利技术能够用于分析混凝土‑围岩试件轴向应变、剪切位移的应变率效应，压剪损伤的机理，以及压剪损伤的定位和定量表征。

【技术实现步骤摘要】
一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置及方法
本专利技术属于混凝土结构与材料
，具体涉及一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置及方法。
技术介绍
输水隧洞开挖过程中，为了维持围岩稳定，需要在开挖后及时施作喷射混凝土支护结构。在较高地应力作用下围岩结构的不稳定性，使得喷射混凝土与围岩粘结后处于复杂的受力状态。实际工程中，由于喷射施工工艺限制，混凝土-围岩粘结界面往往是最薄弱的位置，在地质灾害的各种频率的动荷载作用下容易发生界面损伤破坏，由于地应力的作用，隧洞围岩与喷射混凝土界面常常遭受压缩和剪切两种应力的共同作用。因此，研究压剪荷载作用下输水隧洞混凝土-围岩粘结面的损伤机理、损伤位置以及荷载与损伤值的定量关系等对评估输水隧洞初期支护结构抵抗地质灾害的性能尤为重要。然而，目前的试验装置一般是通过施加一定的轴向压应力的同时，进行直剪试验测试剪切强度。这种试验装置及方法的不足之处是不能对压应力和剪应力同应变率变化进行测试，也不能对加载过程中的开裂损伤位置进行定位，没有对输水隧洞混凝土或围岩在不同应变率压剪荷载作用下的损伤机理进行分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置及方法，用于分析混凝土-围岩试件轴向应变、剪切位移的应变率效应，压剪损伤的机理，以及压剪损伤的定位和定量表征。本专利技术提供了如下的技术方案：一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，包括混凝土-围岩试件、裂缝张口位移计和轴向引伸计；所述混凝土-围岩试件包括固定相连的岩石样品和喷射混凝土，所述岩石样品和喷射混凝土的连接面呈斜面，且连接面处安装有所述裂缝张口位移计；所述混凝土-围岩试件两端设有轴向引伸计夹头，两个所述轴向引伸计夹头间安装有若干轴向引伸计。优选的，还包括安装于所述混凝土-围岩试件表面的钢箍，所述钢箍上设有均匀分布的固定孔洞，所述固定孔洞内安装有声发射探头。优选的，所述声发射探头通过传感器盖帽压实于所述固定孔洞内。优选的，所述钢箍包括与水平面平行安装的水平钢箍以及与所述岩石样品和喷射混凝土的连接面平行安装的斜向钢箍。优选的，所述钢箍的开口端以带弹簧的螺杆和螺帽固定连接。优选的，所述混凝土-围岩试件呈圆柱形且径高比为1：2，所述岩石样品和喷射混凝土连接面的斜坡度为15-60°。优选的，所述混凝土-围岩试件的两端均设有钢盘，所述轴向引伸计夹头安装于所述钢盘上；所述轴向引伸计的数量为3个且均匀安装于所述轴向引伸计夹头间。优选的，所述裂缝张口位移计安装于位移计夹头上，所述位移计夹头包括两个分别安装于所述岩石样品和喷射混凝土上的位移计夹片；所述位移计夹头的数量为两个，分别安装于所述岩石样品和喷射混凝土连接面的最低处和最高处。一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的方法，包括以下步骤：制作一端面倾斜的岩石样品，在倾斜面喷射与岩石样品等厚度的喷射混凝土，获得混凝土-围岩试件；对加载前的混凝土-围岩试件进行高精度CT测试并记录界面断层数据；在岩石样品和喷射混凝土的连接面处安装裂缝张口位移计，在混凝土-围岩试件两端安装轴向引伸计夹头，然后在两个轴向引伸计夹头间安装若干轴向引伸计；采用MTS试验机对混凝土-围岩试件进行压剪加载，以轴向引伸计控制加载速率，获得应力-应变曲线，以裂缝张口位移计监测加载过程中岩石样品和喷射混凝土的连接面的剪切位移，在不同的压剪加载阶段进行高精度CT测试并记录界面断层数据；根据测得的轴向应变、剪切位移与荷载的关系，分析混凝土-围岩试件轴向应变、剪切位移的应变率效应，根据高精度CT测试数据对试件内部结构进行精细的无损重建。一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的方法，包括以下步骤：制作一端面倾斜的岩石样品，在倾斜面喷射与岩石样品等厚度的喷射混凝土，获得混凝土-围岩试件；在岩石样品和喷射混凝土的连接面处安装裂缝张口位移计，在混凝土-围岩试件两端安装轴向引伸计夹头，然后在两个轴向引伸计夹头间安装若干轴向引伸计，安装钢箍，在固定孔洞内安装声发射探头；采用MTS试验机对混凝土-围岩试件进行压剪加载，以轴向引伸计控制加载速率，获得应力-应变曲线，以裂缝张口位移计监测加载过程中岩石样品和喷射混凝土的连接面的剪切位移，声发射探头采集压剪破坏过程中的声发射源信号；根据测得的轴向应变、剪切位移与荷载的关系，分析混凝土-围岩试件轴向应变、剪切位移的应变率效应，根据采集的压剪破坏过程中的声发射源信号定位声发射源的空间位置和分析压剪损伤值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提供的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，以岩石样品和喷射混凝土连接形成混凝土-围岩试件，用于模拟输水隧洞中的真实工况，当采用MTS试验机对混凝土-围岩试件进行压剪加载时，通过轴向引伸计控制加载速率，以裂缝张口位移计监测加载过程中岩石样品和喷射混凝土的连接面的剪切位移，从而分析混凝土-围岩试件轴向应变、剪切位移的应变率效应；(2)本专利技术提供的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的方法，采用高精度CT扫描加载前后的混凝土-围岩试件，对试件内部结构进行精细地无损重建，从而分析混凝土-围岩粘结面压剪损伤的机理；(3)本专利技术提供的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置和方法，通过钢箍以及钢箍上的固定空洞安装声发射探头，探头之间的相对位置准确可测，且各探头与试件表面的接触耦合良好，能够准确采集压剪破坏过程中的声发射源信号，便于分析和研究混凝土-围岩粘结面压剪损伤的定位和定量表征问题；(4)本专利技术提供的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，结构简单，制造成本低，适合于实验研究。附图说明图1是实施例1中本专利技术的结构示意图；图2是裂缝张口位移计的安装结构示意图；图3是图1的剖面结构示意图；图4是实施例1中微裂纹的结构示意图；图5是实施例2中本专利技术的结构示意图；图6是图5的剖面结构示意图；图7是图5中传感器盖帽的安装结构示意图；图中标记为：1、钢盘；2、混凝土-围岩试件；21、岩石样品；22、喷射混凝土；3、轴向引伸计；4、轴向引伸计夹头；5、裂缝张口位移计；6、位移计夹头；7、传感器盖帽；8、水平钢箍；9、斜向钢箍；10、螺杆；11、螺帽；12、固定孔洞；13、声发射探头。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。实施例1如图1-3所示，一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，其特征在于，包括混凝土-围岩试件、裂缝张口位移计和轴向引伸计；/n所述混凝土-围岩试件包括固定相连的岩石样品和喷射混凝土，所述岩石样品和喷射混凝土的连接面呈斜面，且连接面处安装有所述裂缝张口位移计；/n所述混凝土-围岩试件两端设有轴向引伸计夹头，两个所述轴向引伸计夹头间安装有若干轴向引伸计。/n

【技术特征摘要】
1.一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，其特征在于，包括混凝土-围岩试件、裂缝张口位移计和轴向引伸计；
所述混凝土-围岩试件包括固定相连的岩石样品和喷射混凝土，所述岩石样品和喷射混凝土的连接面呈斜面，且连接面处安装有所述裂缝张口位移计；
所述混凝土-围岩试件两端设有轴向引伸计夹头，两个所述轴向引伸计夹头间安装有若干轴向引伸计。


2.根据权利要求1所述的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，其特征在于，还包括安装于所述混凝土-围岩试件表面的钢箍，所述钢箍上设有均匀分布的固定孔洞，所述固定孔洞内安装有声发射探头。


3.根据权利要求2所述的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，其特征在于，所述声发射探头通过传感器盖帽压实于所述固定孔洞内。


4.根据权利要求2所述的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，其特征在于，所述钢箍包括与水平面平行安装的水平钢箍以及与所述岩石样品和喷射混凝土的连接面平行安装的斜向钢箍。


5.根据权利要求2所述的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，其特征在于，所述钢箍的开口端以带弹簧的螺杆和螺帽固定连接。


6.根据权利要求1或2所述的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，其特征在于，所述混凝土-围岩试件呈圆柱形且径高比为1：2，所述岩石样品和喷射混凝土连接面的斜坡度为15-60°。


7.根据权利要求1或2所述的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，其特征在于，所述混凝土-围岩试件的两端均设有钢盘，所述轴向引伸计夹头安装于所述钢盘上；所述轴向引伸计的数量为3个且均匀安装于所述轴向引伸计夹头间。


8.根据权利要求1或2所述的描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，其特征在于，所述裂缝张口位移计安装于位移计夹头上，所述位移计夹头包括两个分别安装于所述岩石样品和喷射混凝土上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭玉柱，陈徐东，杨涛，师鹏飞，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32