一种高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法技术

本发明专利技术提供了一种高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法，包括利用隧道施工现场爆破后得到的岩石，制备含有粗糙结构面的板状岩石试样；搭建能够反映隧道施工现场温度梯度及湿度养护环境的养护试验箱；在板状岩石试样的粗糙面上喷射混凝土层，得到喷射混凝土

【技术实现步骤摘要】
一种高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法


[0001]本专利技术涉及隧道与地下工程
，特别是涉及热
‑
水
‑
力耦合条件下的一种高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法。

技术介绍

[0002]随着我国西部地区青藏铁路、川藏铁路等重大基础设施项目的建设，需要穿越地质条件复杂的且超长、超大、超深埋的隧道不断涌现，由于地质中板块活动强烈，裂隙构造极为发育，其中不少隧道在施工建设及后期运营时将受到高应力、高地温、高温热水的影响，这对隧道衬砌结构的稳定性和耐久性提出了严峻的挑战。
[0003]自20世纪60年代，矿山法成为了山岭隧道最常用的开挖方法，其在钻研爆破开挖后需及时喷射混凝土以控制围岩变形和应力释放，保障结构安全，为施工创造有利条件。在裂隙发育程度高、地下热水富集的地段修建隧道，建设期间，围岩表面处于高温状态，隧道内空气温度高、湿度大，使得初期支护的喷射混凝土一面与围岩接触，一面与隧洞内高温高湿空气接触，导致喷射混凝土
‑
围岩界面在两侧存在温差及高湿环境下养护，极易形成初始热损伤；同时，在服役期，若排水不畅，则会导致高温热水沿隧道纵向流经喷射混凝土
‑
岩石界面，使得已产生初始损伤的界面在热
‑
水
‑
力耦合作用下会进一步损伤劣化，产生初期支护脱空。就铁路隧道而言，若服役期喷射混凝土与围岩产生非连续接触，则会导致不连续接触边界附近初支承受更大的荷载，增大破坏概率，严重时发生支护变形侵限，开裂漏水，甚至导致拱部支护掉块及隧道坍塌。对于穿越复杂艰险山区的隧道，一旦在运营过程中出现各种类型影响行车安全的病害问题，其后期养护和维修将十分困难，所付代价也极其高昂。因此高水温隧道内喷神混凝土与围岩胶结面的力学性能是关系到隧道衬砌结构稳定性的关键因素，开展室内试验是获得喷射混凝土与围岩胶结面的力学特性参数的强有力手段，而其中的难点是如何制备可反映真实状况的试验试样及如何开展相关试验获取胶结面的胶结性能参数。
[0004]目前在混凝土与岩石的粘结性能研究方面，未考虑混凝土
‑
岩石界面在养护期两侧存在温差的条件因素，同时对其粘结性能的研究也仅局限于不同环境养护后的损伤问题，缺乏进一步的热
‑
水
‑
力耦合作用下累积损伤劣化研究。在岩土材料在热
‑
水
‑
力耦合作用下的力学特性研究方面，目前大多集中于对岩石、混凝土、裂隙(或节理)岩体的力学性质研究，尚未涉及到热
‑
水
‑
力耦合条件下喷射混凝土
‑
岩石界面粘结性影响的相关研究。综上所述，目前的相关研究未对高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结面的受力特性进行系统考虑，不能真实反映高水温隧道现场喷射混凝土
‑
围岩界面的真实受力状况，研究成果与现场真实受力过程相差较大，不能作为高水温隧道衬砌结构设计的有力依据。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、利用隧道施工现场爆破后得到的岩石，制备含有粗糙结构面的板状岩石试样；
[0007]步骤二、搭建能够反映隧道施工现场温度梯度及湿度养护环境的养护试验箱；
[0008]步骤三、在板状岩石试样的粗糙面上喷射混凝土层，得到喷射混凝土
‑
岩石胶结体样，并将喷射混凝土
‑
岩石胶结体样置于养护试验箱内进行养护；
[0009]步骤四、利用养护完成的喷射混凝土
‑
岩石胶结体样，分别制作标准立方体测试试样和标准圆柱体测试试样；
[0010]步骤五、对标准立方体测试试样开展直剪试验，对标准圆柱体测试试样开展热
‑
水
‑
力耦合作用下的剪切渗流试验，得到喷射混凝土与围岩胶结性能参数。
[0011]可选的，所述步骤一中制备含有粗糙结构面的板状岩石试样的具体过程如下：
[0012]S1.1、从隧道施工现场采集爆破后直径大于30cm的至少两块岩石，并将该至少两块岩石分别切割成长30cm*宽30cm*高8cm和长30cm*宽10cm*高8cm的板状岩石试样；
[0013]S1.2、将Barton标准粗糙度等级剖面曲线输入3D造型软件中进行拉伸，得到二维粗糙曲面数据；
[0014]S1.3、将该粗糙曲面数据导入至三维激光岩石雕刻机中，三维激光岩石雕刻机根据所导入的粗糙曲面数据在板状岩石中长*宽的其中一平面上雕刻出粗糙表面，得到含有粗糙结构面的板状岩石试样。
[0015]可选的，所述步骤二中的养护试验箱包括箱体、湿度控制装置、冷却水管、温度感应装置、湿度感应装置、底部导热板、底部加热水箱和橡胶隔热垫；湿度控制装置设置于箱体上，用于对箱体内的湿度进行调节；所述冷却水管设置于箱体内，用于对箱体内的温度进行调节；所述温度感应装置和湿度感应装置均设置于箱体的内侧壁上，用于对箱体内的温度和湿度进行实时检测；所述底部导热板设置于箱体的底部，且底部导热板的下端面上连接有底部加热水箱，底部加热水箱内的温度通过底部导热板传送至箱内体；所述橡胶隔热垫设置于底部加热水箱的下端面上，用于实现对底部加热水箱进行隔热。
[0016]可选的，所述步骤三中得到喷射混凝土
‑
岩石胶结体样的具体过程如下：
[0017]在长30cm*宽30cm*高8cm的板状岩石试样中的粗糙结构面上喷射8cm
‑
10cm厚的混凝土层，得到用于制备标准立方体样的喷射混凝土
‑
岩石胶结体样；
[0018]在长30cm*宽10cm*高8cm的板状岩石试样靠近粗糙面约10mm位置每隔约60mm钻取直径为2mm、孔深为10mm的L形小孔，并在其钻孔的中心对称位置放置与L形孔大小相同的L形PVC管，将L形孔及PVC管用涂抹了脱模剂的橡胶堵塞，再在板状岩石试样的粗糙结构面上喷射8cm
‑
10cm厚的混凝土层，得到用于制备标准圆柱体样的喷射混凝土
‑
岩石胶结体样。
[0019]可选的，所述步骤三中将喷射混凝土
‑
岩石胶结体样以岩石面朝下、喷射混凝土面朝上的方式放置于养护试验箱内养护28天
‑
30天。
[0020]可选的，所述步骤四中标准立方体测试试样制备过程具体如下：
[0021]将用于制备标准立方体样的喷射混凝土
‑
岩石胶结体样沿与胶结面相互垂直的方向及与胶结面相互平行的方向切割，以形成长*宽*高为100mm*100mm*100mm的立方体，并确保胶结面处于该立方体的中间部位、混凝土层的厚度与岩石的厚度大致相等，最终获得满足直剪试验精度要求的标准立方体测试试样。
[0022]可选的，对标准立方体测试试样开展直剪试验的具体过程如下：
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用隧道施工现场爆破后得到的岩石，制备含有粗糙结构面的板状岩石试样；步骤二、搭建能够反映隧道施工现场温度梯度及湿度养护环境的养护试验箱；步骤三、在板状岩石试样的粗糙面上喷射混凝土层，得到喷射混凝土
‑
岩石胶结体样，并将喷射混凝土
‑
岩石胶结体样置于养护试验箱内进行养护；步骤四、利用养护完成的喷射混凝土
‑
岩石胶结体样，分别制作标准立方体测试试样和标准圆柱体测试试样；步骤五、对标准立方体测试试样开展直剪试验，对标准圆柱体测试试样开展热
‑
水
‑
力耦合作用下的剪切渗流试验，得到喷射混凝土与围岩胶结性能参数。2.根据权利要求1所述的高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法，其特征在于，所述步骤一中制备含有粗糙结构面的板状岩石试样的具体过程如下：S1.1、从隧道施工现场采集爆破后直径大于30cm的至少两块岩石，并将该至少两块岩石分别切割成长30cm*宽30cm*高8cm和长30cm*宽10cm*高8cm的板状岩石试样；S1.2、将Barton标准粗糙度等级剖面曲线输入3D造型软件中进行拉伸，得到二维粗糙曲面数据；S1.3、将该粗糙曲面数据导入至三维激光岩石雕刻机中，三维激光岩石雕刻机根据所导入的粗糙曲面数据在板状岩石中长*宽的其中一平面上雕刻出粗糙表面，得到含有粗糙结构面的板状岩石试样。3.根据权利要求2所述的高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法，其特征在于，所述步骤二中的养护试验箱包括箱体、湿度控制装置(1)、冷却水管(2)、温度感应装置(3)、湿度感应装置(4)、底部导热板(5)、底部加热水箱(6)和橡胶隔热垫(7)；湿度控制装置(1)设置于箱体上，用于对箱体内的湿度进行调节；所述冷却水管(2)设置于箱体内，用于对箱体内的温度进行调节；所述温度感应装置(3)和湿度感应装置(4)均设置于箱体的内侧壁上，用于对箱体内的温度和湿度进行实时检测；所述底部导热板(5)设置于箱体的底部，且底部导热板(5)的下端面上连接有底部加热水箱(6)，底部加热水箱(6)内的温度通过底部导热板(5)传送至箱内体；所述橡胶隔热垫(7)设置于底部加热水箱(6)的下端面上，用于实现对底部加热水箱(6)进行隔热。4.根据权利要求3所述的高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法，其特征在于，所述步骤三中得到喷射混凝土
‑
岩石胶结体样的具体过程如下：在长30cm*宽30cm*高8cm的板状岩石试样中的粗糙结构面上喷射8cm
‑
10cm厚的混凝土层，得到用于制备标准立方体样的喷射混凝土
‑
岩石胶结体样；在长30cm*宽10cm*高8cm的板状岩石试样靠近粗糙面约10mm位置每隔约60mm钻取直径为2mm、孔深为10mm的L形小孔，并在其钻孔的中心对称位置放置与L形孔大小相同的L形PVC管，将L形孔及PVC管用涂抹了脱模剂的橡胶堵塞，再在板状岩石试样的粗糙结构面上喷射8cm
‑
10cm厚的混凝土层，得到用于制备标准圆柱体样的喷射混凝土
‑
岩石胶结体样。5.根据权利要求4所述的高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法，其特征在于，所述步骤三中将喷射混凝土
‑
岩石胶结体样以岩石面朝下、喷射混凝土面朝上的方式放
置于养护试验箱内养护28天
‑
30天。6.根据权利要求4或5所述的高水温隧道喷射混凝土与围岩胶结性能测试方法，其特征在于，所述步骤四中标准立...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑艳妮，贾朝军，张升，施成华，雷明锋，彭铸，李忠，
申请(专利权)人：湖南铁院土木工程检测有限公司，
类型：发明
国别省市：