一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法技术

本发明专利技术提供一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法，属于砂浆锚杆腐蚀预测技术领域，包括测定不同时间内的砂浆锚杆的抗压强度，对砂浆锚杆腐蚀时间与腐蚀后的抗压强度进行拟合，建立在硫酸根离子不同浓度情况下的拟合方程，在水灰比为0.5的情况下，测定不同时间内的砂浆锚杆的粘结强度，对砂浆锚杆腐蚀时间与腐蚀后的粘结强度进行拟合，建立在硫酸根离子不同浓度情况下的拟合方程。对砂浆锚杆在腐蚀离子溶液腐蚀时间进行检测，预测出砂浆锚杆的抗压强度与粘结强度，能够快速预估砂浆锚杆经过腐蚀后的抗压强度与粘结强度，利于在锚杆施工前选取合适的锚杆支护设计形式，减小在砂浆锚杆施作后由于腐蚀造成强度降低所带来的不良影响。的不良影响。的不良影响。

【技术实现步骤摘要】
一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法


[0001]本专利技术涉及砂浆锚杆腐蚀预测
，尤其涉及一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法。

技术介绍

[0002]新世纪以来，岩土锚固技术发展迅速，岩土锚固工程广泛应用。但是由于用于锚固的锚杆(锚索)需要埋设在复杂的岩土环境中，地下水中的侵蚀离子能够渗透岩土层，腐蚀砂浆锚杆锚固体，腐蚀情况与混凝土一致。混凝土结构在工作环境中受到腐蚀性离子的作用，会引起损伤劣化，因此需要针对锚固体的耐腐蚀性进行研究。
[0003]硫酸根离子是腐蚀混凝土的主要离子，而且目前对于不同浓度梯度的离子腐蚀、研究较少，溶液浓度和时间作用对砂浆锚杆锚固体的耐腐蚀性研究具有重要意义，有利于拓展锚固工程的耐腐蚀性研究。因此需要设计一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法，解决现有砂浆锚杆无法预测腐蚀进度的技术问题。通过对砂浆锚杆在腐蚀离子溶液腐蚀时间进行检测，预测出砂浆锚杆的抗压强度与粘结强度，能够快速预估砂浆锚杆经过腐蚀后的抗压强度与粘结强度，利于在锚杆施工前选取合适的锚杆支护设计形式，减小在砂浆锚杆施作后由于腐蚀造成强度降低所带来的不良影响，确保支护结构长期稳定安全。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤1：制备若干个砂浆锚杆，选取不同浓度梯度的腐蚀液，然后将砂浆锚杆放入腐蚀液内进行模拟腐蚀；
[0008]步骤2：取出腐蚀时间不同的砂浆锚杆进行测定不同时间内的砂浆锚杆的抗压强度和不同时间内的砂浆锚杆的粘结强度；
[0009]步骤3：对砂浆锚杆腐蚀时间与腐蚀后的抗压强度进行拟合，建立腐蚀液不同浓度梯度情况下的拟合方程，对砂浆锚杆腐蚀时间与腐蚀后的粘结强度进行拟合，建立腐蚀液不同浓度梯度情况下的拟合方程；
[0010]步骤4：然后根据拟合方程供实际砂浆锚杆施工作为参考。
[0011]进一步地，步骤2中，测定不同时间内的砂浆锚杆的抗压强度的具体过程为：
[0012]步骤2.1.1:将试样安放在试验机的下压板上，试样的中心应与试验机上、下压板中心对准；
[0013]步骤2.1.2:开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使两个平面接触均匀；
[0014]步骤2.1.3:水泥砂浆试样强度等级小于C60，根据规范取每秒钟0.5～0.8MPa的速
度进行加载；
[0015]步骤2.1.4:试样在被破坏前一段时间开始到变形，直至破坏，停止整试验机油门，，然后记录破坏荷载；
[0016]步骤2.1.5:水泥砂浆试样抗压强度按下式计算：
[0017][0018]式中：f
c
为水泥砂浆的抗压强度，F为试样破坏荷载，D为试样直径，水泥砂浆圆柱体试样抗压强度的计算精确至0.1MPa。
[0019]进一步地，步骤2中，测定不同时间内的砂浆锚杆的粘结强度的具体过程为：
[0020]步骤2.2.1:一组取3个砂浆锚杆试样进行粘结强度测试，试验仪器为数显式压力试验机，采用压出钢筋的方式，测试锚杆与水泥砂浆界面的粘结强度；
[0021]步骤2.2.2:在试验机下压板垫一块20mm厚、中心开孔的钢板，以便压出钢筋从中穿过；
[0022]步骤2.2.3:将砂浆锚杆安放在钢板上，钢筋的中心应与钢板中心对准，开动试验机，当上压板与钢筋准备接触时，调整球座，使接触均匀；
[0023]步骤2.2.4:取每秒钟0.5～0.8MPa的速度进行加载，当试样从出现破坏开始到变形完全破坏时，记录破坏荷载，停止调整试验机油门；
[0024]步骤2.2.5:锚杆与砂浆的粘结长度则可近似认为粘结应力沿锚固长度均匀分布，不随长度的变化而变化，因此粘结强度可由下式求出：
[0025][0026]式中：τ为粘结强度，P为加载过程中的极限荷载，Φ为锚杆直径，L为锚固长度。
[0027]进一步地，步骤3中砂浆锚杆腐蚀时间与腐蚀后的抗压强度进行拟合为抗压强度与时间进行若干项式拟合，得到硫酸根离子浓度为0mol/L、0.01mol/L、0.1mol/L、1mol/L时抗压强度与时间的拟合方程，抗压强度进行拟合包括第一次抗压强度拟合和第二次抗压强度拟合，第一次抗压强度拟合的具体过程为：
[0028]步骤3.1.1:0mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合
[0029]f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4
[0030]系数的置信边界为95％:
[0031]p1＝
‑
5.847e
‑
07(
‑
7.498e
‑
07,
‑
4.196e
‑
07)
[0032]p2＝0.0002324(0.0001761,0.0002886)
[0033]p3＝0.01168(0.00665,0.01671)
[0034]p4＝15.81(15.68,15.93)
[0035]拟合优度SSE为0.004667，R方:0.9999，调整R方:0.9998，RMSE:0.03944；SSE是“和方差”、RMSE是“标准差”，均是越趋向于0越好。
[0036]步骤3.1.2:0.01mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合
[0037]f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4
[0038]系数的置信边界为95％:
[0039]p1＝
‑
4.72e
‑
06(
‑
5.632e
‑
06,
‑
3.807e
‑
06)
[0040]p2＝0.001474(0.001163,0.001785)
[0041]p3＝
‑
0.04831(
‑
0.07611,
‑
0.0205)
[0042]p4＝15.77(15.08,16.46)
[0043]拟合优度SSE:0.1426，R方:0.9988，调整R方:0.9976，RMSE:0.218；
[0044]步骤3.1.3:0.1mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合
[0045]f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4
[0046]系数的置信边界为95％:
[0047]p1＝1.118e
‑
08(
‑
8.851e
‑
07,9.075e
‑
07)
[0048]p2＝
‑
0.0003634(
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1：制备若干个砂浆锚杆，选取不同浓度梯度的腐蚀液，然后将砂浆锚杆放入腐蚀液内进行模拟腐蚀；步骤2：取出腐蚀时间不同的砂浆锚杆进行测定不同时间内的砂浆锚杆的抗压强度和不同时间内的砂浆锚杆的粘结强度；步骤3：对砂浆锚杆腐蚀时间与腐蚀后的抗压强度进行拟合，建立腐蚀液不同浓度梯度情况下的拟合方程，对砂浆锚杆腐蚀时间与腐蚀后的粘结强度进行拟合，建立腐蚀液不同浓度梯度情况下的拟合方程；步骤4：然后根据拟合方程供实际砂浆锚杆施工作为参考。2.根据权利要求1所述的一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法，其特征在于：步骤2中，测定不同时间内的砂浆锚杆的抗压强度的具体过程为：步骤2.1.1:将试样安放在试验机的下压板上，试样的中心应与试验机上、下压板中心对准；步骤2.1.2:开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使两个平面接触均匀；步骤2.1.3:水泥砂浆试样强度等级小于C60，根据规范取每秒钟0.5～0.8MPa的速度进行加载；步骤2.1.4:试样在被破坏前一段时间开始到变形，直至破坏，停止整试验机油门，，然后记录破坏荷载；步骤2.1.5:水泥砂浆试样抗压强度按下式计算：式中：f
c
为水泥砂浆的抗压强度，F为试样破坏荷载，D为试样直径，水泥砂浆圆柱体试样抗压强度的计算精确至0.1MPa。3.根据权利要求1所述的一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法，其特征在于：步骤2中，测定不同时间内的砂浆锚杆的粘结强度的具体过程为：步骤2.2.1:一组取3个砂浆锚杆试样进行粘结强度测试，试验仪器为数显式压力试验机，采用压出钢筋的方式，测试锚杆与水泥砂浆界面的粘结强度；步骤2.2.2:在试验机下压板垫一块20mm厚、中心开孔的钢板，以便压出钢筋从中穿过；步骤2.2.3:将砂浆锚杆安放在钢板上，钢筋的中心应与钢板中心对准，开动试验机，当上压板与钢筋准备接触时，调整球座，使接触均匀；步骤2.2.4:取每秒钟0.5～0.8MPa的速度进行加载，当试样从出现破坏开始到变形完全破坏时，记录破坏荷载，停止调整试验机油门；步骤2.2.5:锚杆与砂浆的粘结长度则可近似认为粘结应力沿锚固长度均匀分布，不随长度的变化而变化，因此粘结强度可由下式求出：式中：τ为粘结强度，P为加载过程中的极限荷载，Φ为锚杆直径，L为锚固长度。4.根据权利要求1所述的一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法，其特征
在于：步骤3中砂浆锚杆腐蚀时间与腐蚀后的抗压强度进行拟合为抗压强度与时间进行若干项式拟合，得到硫酸根离子浓度为0mol/L、0.01mol/L、0.1mol/L、1mol/L时抗压强度与时间的拟合方程，抗压强度进行拟合包括第一次抗压强度拟合和第二次抗压强度拟合，第一次抗压强度拟合的具体过程为：步骤3.1.1:0mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4系数的置信边界为95％:p1＝
‑
5.847e
‑
07(
‑
7.498e
‑
07,
‑
4.196e
‑
07)p2＝0.0002324(0.0001761,0.0002886)p3＝0.01168(0.00665,0.01671)p4＝15.81(15.68,15.93)拟合优度SSE为0.004667，R方:0.9999，调整R方:0.9998，RMSE:0.03944；步骤3.1.2:0.01mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4系数的置信边界为95％:p1＝
‑
4.72e
‑
06(
‑
5.632e
‑
06,
‑
3.807e
‑
06)p2＝0.001474(0.001163,0.001785)p3＝
‑
0.04831(
‑
0.07611,
‑
0.0205)p4＝15.77(15.08,16.46)拟合优度SSE:0.1426，R方:0.9988，调整R方:0.9976，RMSE:0.218；步骤3.1.3:0.1mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4系数的置信边界为95％:p1＝1.118e
‑
08(
‑
8.851e
‑
07,9.075e
‑
07)p2＝
‑
0.0003634(
‑
0.0006688,
‑
5.807e
‑
05)p3＝0.1192(0.09192,0.1465)p4＝15.77(15.09,16.45)拟合优度SSE:0.1375，R方:0.9981，调整R方:0.9962，RMSE:0.2141；步骤3.1.4:1mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4系数的置信边界为95％:p1＝
‑
2.726e
‑
06(
‑
4.407e
‑
06,
‑
1.046e
‑
06)p2＝
‑
5.472e
‑
05(
‑
0.0006273,0.0005179)p3＝0.1236(0.0724,0.1748)p4＝15.8(14.53,17.07)拟合优度SSE:0.4836，R方:0.9974，调整R方:0.9948，RMSE:0.4015；第一次抗压强度拟合精确反映室内试验模拟出的腐蚀后试样的抗压强度随时间的变化。5.根据权利要求4所述的一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法，其特征
在于：第二次抗压强度拟合的具体过程为：步骤3.2.1:0mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合f(x)＝p1*x^2+p2*x+p3系数的置信边界为95％:p1＝
‑
3.71e
‑
06(
‑
7.237e
‑
05,6.495e
‑
05)p2＝0.03418(0.018,0.05036)p3＝15.94(15.06,16.82)拟合优度:SSE:0.4407，R方:0.9881，调整R方:0.9822，RMSE:0.3319；步骤3.2.2:0.01mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合f(x)＝p1*x^2+p2*x+p3系数的置信边界为95％:p1＝
‑
0.0001112(
‑
0.0004843,0.000262)p2＝0.08095(
‑
0.006987,0.1689)p3＝14.74(9.968,19.52)拟合优度SSE:13.02，R方:0.8904，调整R方:0.8356，RMSE:1.804；步骤3.2.3:0.1mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合f(x)＝p1*x^2+p2*x+p3系数的置信边界为95％:p1＝
‑
0.0003597(
‑
0.000398,
‑
0.0003213)p2＝0.1189(0.1099,0.128)p3＝15.77(15.28,16.26)拟合优度SSE:0.1376，R方:0.9981，调整R方:0.9971，RMSE:0.1855；步骤3.2.4:1mol/L硫酸根离子浓度下抗压强度与时间拟合f(x)＝p1*x^2+p2*x+p3系数的置信边界为95％:p1＝
‑
0.0009706(
‑
0.001197,
‑
0.0007445)p2＝0.1983(0.145,0.2516)p3＝15.2(12.31,18.1)拟合优度SSE:4.78，R方:0.9743，调整R方:0.9615，RMSE:1.093；第二次抗压强度拟合符合砂浆锚杆腐蚀的实际规律，即在整体上锚杆腐蚀的抗压强度呈现前面段时间内的提高，由于腐蚀产物的填充密实，强度有所增加，然后随时间延长降低的趋势，由于侵蚀的继续和生成物的不断累积膨胀，试件内部开始出现微孔隙和微裂缝，上对工程实践上起到预测作用。6.根据权利要求4所述的一种砂浆锚杆腐蚀过程强度变化模拟与预测的方法，其特征在于：对砂浆锚杆腐蚀时间与腐蚀后的粘结强度拟合为对粘结强度与时间进行若干项式拟合，得到硫酸根离子浓度为0mol/L、0.01mol/L、0.1mol/L、1mol/L时粘结强度与时间的拟合方程，粘结强度拟合包括第一次粘结强度拟合和粘结强度拟合，第一次粘结强度拟合的具体过程为：步骤3.3.1:0mol/L硫酸根离子浓度下粘结强度与时间拟合
f(x)＝p1*x+p2系数的置信边界为95％:p1＝0.02063(0.01767,0.02358)p2＝5.712(5.306,6.119)拟合优度:SSE:0.2178，R方:0.9847，调整R方:0.9816，RMSE:0.2087；步骤3.3.2:0.01mol/L硫酸根离子浓度下粘结强度与时间拟合f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4系数的置信边界为95％:p1＝1.825e
‑
06(3.399e
‑
07,3.311e
‑
06)p2＝
‑
0.0006297(
‑
0.001136,
‑
0.0001237)p3＝0.06409(0.01883,0.1093)p4＝5.644(4.52,6.768)拟合优度:SSE:0.3777，R方:0.9361，调整R方:0.8722，RMSE:0.3548；步骤3.3.3:0.1mol/L硫酸根离子浓度下粘结强度与时间拟合f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4系数的置信边界为95％:p1＝
‑
7.028e
‑
07(
‑
1.767e
‑
06,3.611e
‑
07)p2＝9.183e
‑
05(
‑
0.0002706,0.0004542)p3＝0.02006(
‑
0.01235,0.05247)p4＝5.666(4.861,6.471)拟合优度:SSE:0.1937，R方:0.9669，调整R方:0.9338，RMSE:0.2541；步骤3.3.4:1mol/L硫酸根离子浓度下粘结强度与时间拟合f(x)＝p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4系数的置信边界为95％:p1＝2.383e
‑
06(6.59e
‑
07,4.106e
‑
06)p2＝
‑
0.001042(
‑
0.001629,
‑
0.0004549)p3＝0.1126(0.06012,0.1651)p4＝5.762(4.457,7.066)拟合优度:SSE:0.5086，R方:0.9678，调整R方:0.9356RMSE:0.4117；第一次粘结强度拟合精确反映室内试验模拟出的腐蚀后试样的粘结强度随时间的变化。7.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旺兴，彭文祥，刘培路，汪唯，邢伟，朱俊林，王明明，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：