CN106525707B - 一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统及方法 - Google Patents

一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106525707B
CN106525707B CN201611047483.6A CN201611047483A CN106525707B CN 106525707 B CN106525707 B CN 106525707B CN 201611047483 A CN201611047483 A CN 201611047483A CN 106525707 B CN106525707 B CN 106525707B
Authority
CN
China
Prior art keywords
slope
pipe
anchor bar
way pipe
port
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611047483.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106525707A (zh
Inventor
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
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Original Assignee
Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission filed Critical Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority to CN201611047483.6A priority Critical patent/CN106525707B/zh
Publication of CN106525707A publication Critical patent/CN106525707A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106525707B publication Critical patent/CN106525707B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/02Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明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,还公开了一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验方法,本发明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。

Description

一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统及方法
技术领域
本发明涉及岩土工程模型试验技术领域,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,还涉及一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验方法,适用于露天矿模型及岩土滑坡模型试验。
背景技术
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。
发明内容
本发明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,还提供了一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验方法,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。
本发明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。
一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验方法,包括以下步骤:
步骤1、制作坡体,具体为:根据天然坡体的岩层和结构面的物理参数、力学参数按模型试验中的比尺关系配置岩层材料和结构面材料,利用岩层材料制作岩层,岩层上预制有岩体预留孔道,按照设定倾角由下至上分层吊装的岩层,每完成一层岩层在岩层上部均匀铺设结构面材料,岩体预留孔道内设置腐蚀池的PVC管,直至完成含有岩体预留孔道的坡体,腐蚀池的PVC管内放置预应力锚筋,岩体预留孔道方向与预应力锚筋设置方向平行;
步骤2、制作并安装柔性水平应力加载装置,具体为:将传荷板紧贴坡体垂直侧,架设加荷板,加荷板与传荷板在PVC管的延伸处开设供PVC管和预应力锚筋穿过的管道预留穿孔,定位销上套设弹簧,定位销一端固定于传荷板,另一端伸出加荷板上的定位销预留孔道,架设反力墙,反力墙下端部分嵌入地下,使用支撑三脚架对反力墙进行加固,将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;
步骤3、在坡体的侧部安装应变传感设备、位移传感设备及位移传感器安装支架;
步骤4、按照设计坡率进行边坡面开挖,并进行应变与位移数据采集;
步骤5、安装腐蚀池与电化学测试装置,具体为: PVC管一端伸出管道预留穿孔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,
预应力锚筋的上端穿过PVC管、测力计,预应力锚筋的下端穿过三通管的第二端口的管盖、反力墙,预应力锚筋不与PVC管接触,将无预应力筋与辅助电极使用绝缘固定绳悬挂于三通管中,将参比电极放置到三通管中,预应力锚筋、无预应力筋、辅助电极、参比电极相互不接触,并将辅助电极、参比电极与电化学工作站连接,将预应力锚筋或无预应力筋与电化学工作站连接;
步骤6、使用下端锚具将预应力锚筋的下端固定于反力墙,测力计设置于上端锚具与坡体的边坡面之间,使用穿心千斤顶对预应力锚筋的上端进行张拉,并使用上端锚具将预应力锚筋锁定于坡体的边坡面,采集边坡锚固过程中的应力与位移数据;
步骤7、对三通管的第二端口进行封水处理,配制腐蚀液并通过三通管的第三端口灌注腐蚀液到三通管和PVC管内;
步骤8、将供氧泵与氧气管一端连接,氧气管另一端插入三通管的底部;
步骤9、制作完成后按设计频率对电化学工作站检测预应力锚筋或无预应力筋的电化学参数,以及测力计、应变传感设备、位移传感设备检测的应力、应变、位移进行采集。
如上所述的应变传感设备为应变片,应变片按45°三轴应变花方式分别粘贴于坡体侧面不同设定部位,位移传感设备为百分表式位移传感器,位移传感设备固定于位移传感器安装支架上,位移传感器安装支架固定于地面,位移传感设备的测头直接接触测点,测点为刚性小方块,刚性小方块通过螺丝固定于坡体侧面不同设定位置。
本发明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。本发明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。本发明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。本发明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为本发明的立面图。
图2为本发明的剖面图。
图3为本发明的右视图。
图4为本发明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发明的技术方案,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
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材料1和结构面材料25组成含有岩体预留孔道的坡体,按照设计倾角由下至上分层吊装岩层,每完成一层在其上部均匀铺设结构面材料25,直至完成含有岩体预留孔道的坡体,岩体预留孔道用于放置腐蚀池2的PVC管与预应力锚筋3,孔道方向与预应力锚筋3设置方向平行。坡体一侧为垂直侧,另一侧为边坡面。
为满足常规测试要求,可在坡体侧部不同位置预埋应变传感设备27,可在坡体旁制作测试支架并安装位移传感设备26,应变传感设备27可采用应变片,应变片按45°三轴应变花方式分别粘贴于坡体侧面不同设定部位,位移传感设备26可采用百分表式位移传感器,位移传感设备26固定于型钢制成的位移传感器安装支架,位移传感器安装支架固定于地面,位移传感设备26的测头直接接触测点,测点使用刚性小方块制成,刚性小方块通过螺丝固定于坡体侧面不同设定位置。坡体完成后埋设腐蚀池2,腐蚀池2包括PVC管、三通管及管盖,PVC管直径小于岩体预留孔道直径,PVC管直接放置于岩体预留孔道中,PVC管上端口自然敞开,PVC管上端口面与坡体的边坡面平齐,不伸出岩体预留孔道;PVC管下端口略伸出岩体预留孔道,PVC管下端口与三通管的第一端口连接,三通管的第一端口和第二端口位于同一直线上,三通管的第二端口用管盖封闭,三通管的第三端口朝上,三通管的第三端口用于灌注腐蚀液,通过三通管的第三端口中的液面高度控制预应力锚筋3的浸泡长度,三通管的第三端口的高度不足时,可使用PVC管接头加长。预应力锚筋3的上端穿过腐蚀池2的PVC管,预应力锚筋3的下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不与PVC管接触,预应力锚筋3的上端穿过PVC管、测力计5后,通过穿心千斤顶张拉,张拉后使用上端锚具4-1锁定于坡体的边坡面;测力计5放置于上端锚具4-1与坡体的边坡面之间,测力计5一端贴紧坡面,测力计5另一端与上端锚具4-1接触,预应力锚筋3的上端通过穿心千斤顶张拉与锁定,张拉和锁定后的预应力锚筋3两端由上端锚具4-1和下端锚具4-2分别固定在坡体的边坡面和反力墙11上,预应力锚筋3拉动上端锚具4-1,上端锚具4-1挤压测力计5进行测量。
柔性水平应力加载装置包括加荷板6、传荷板7、定位销8、弹簧9、千斤顶10、反力墙11、支撑三脚架12。
加荷板6与传荷板7均使用1cm厚钢板制成,传荷板7紧贴坡体垂直侧,定位销8一端固定于传荷板7,一端伸出设置在加荷板7上的定位销预留孔道,定位销预留孔道的直径大于定位销8的直径,允许传荷板7与加荷板6发生倾斜或弯曲变形,传荷板7底部加工为弧形,减少移动阻力,以便水平施压;加荷板6与传荷板7在PVC管的延伸处开设有管道预留穿孔以供PVC管和预应力锚筋3穿过,管道预留穿孔直径大于PVC管直径;多个弹簧9布置于加荷板6与传荷板7之间,且各个弹簧9分别套于定位销8上;千斤顶10的固定端固定于反力墙11,千斤顶10的伸缩端支撑于加荷板6,千斤顶10作用在加荷板6上的高度位于坡体的总高度的三分之一处,反力墙11下端部分嵌入地下,使用支撑三脚架12对反力墙11进行加固,增加反力墙11的刚度与承载力,支撑三脚架12采用螺栓分别固定于反力墙11与地面。
电化学测试装置13包括,用作工作电极的预应力锚筋3或无预应力筋14、辅助电极15、参比电极16、工作电极导线17、参比电极导线18、辅助电极导线19、电化学工作站20、可调式供氧泵21、氧气管22、密封圈23、绝缘固定绳24等。
预应力锚筋3与预应力工作电极导线17-1连接,无预应力筋14与无预应力工作电极导线17-2连接,预应力锚筋3或无预应力筋14作为工作电极时分别进行测试,无预应力筋14用于对比分析,预应力锚筋3设置于三通管中部,无预应力筋14设置于三通管底部;辅助电极15与辅助电极导线19连接,辅助电极15设置于预应力锚筋3与无预应力筋14之间;无预应力筋14与辅助电极15使用绝缘固定绳24悬挂于三通管中,绝缘固定绳24具有一定的直径,可以使预应力锚筋3、无预应力筋14、辅助电极15相互不接触。辅助电极15与无预应力筋14两端均为自由端,并不固定,且位于三通管中,仅仅是通过绝缘固定绳24悬挂于三通管中。
参比电极16可通过三通管的第三端口插入到三通管中,参比电极16与参比电极导线18连接,参比电极16可使用甘汞电极,测试时放入三通管内的腐蚀液中,参比电极16不与预应力锚筋3、无预应力筋14、辅助电极15接触;预应力工作电极导线17-1一端与预应力锚筋3焊接,另一端接电化学工作站20,无预应力工作电极导线17-2一端与无预应力筋14焊接,另一端引出后接电化学工作站20,辅助电极导线19一端与辅助电极15焊接,另一端引出后接电化学工作站20、参比电极导线18一端与参比电极焊接,另一端接电化学工作站20,各个电极(15、16)、预应力锚筋4、无预应力筋14与导线焊接处使用环氧树脂密封;可调式供氧泵21通过转子流量计标定后,连接氧气管22,氧气管22出气端置于三通管底部,对腐蚀液进行供氧,所有电极可在预应力锚筋3张拉前进行安装。
实施例:现以一个公路顺层边坡的开挖、锚固及腐蚀环境下时效演化行为的模型试验为例说明本试验系统的实施步骤。
1、根据研究需要,制作坡体,该坡体用于模拟天然边坡,可按公路边坡设计坡率进行开挖,具体为:设计模型试验的比尺关系,根据天然坡体的岩层和结构面的物理参数、力学参数按模型试验中的比尺关系配置岩层材料1和结构面材料25,利用岩层材料1制作岩层,岩层上预制有岩体预留孔道,按照设定倾角由下至上分层吊装岩层,每完成一层在其上部均匀铺设结构面材料25,岩体预留孔道内设置腐蚀池2的PVC管,直至完成含有岩体预留孔道的坡体,腐蚀池2的PVC管内放置预应力锚筋3,岩体预留孔道方向与预应力锚筋3设置方向平行;
2、制作并安装柔性水平应力加载装置,具体为:将传荷板7紧贴坡体垂直侧,架设加荷板6,加荷板6与传荷板7在PVC管的延伸处开设供PVC管和预应力锚筋3穿过的管道预留穿孔,定位销8上套设弹簧9,定位销8一端固定于传荷板7,另一端伸出加荷板6上的定位销预留孔道,架设反力墙11,反力墙11下端部分嵌入地下,使用支撑三脚架12对反力墙11进行加固,将千斤顶10的固定端固定于反力墙11,千斤顶10的伸缩端支撑于加荷板6;
3、安装应变传感设备27、位移传感设备26及相关位移传感器安装支架。应变传感设备27可采用应变片,应变片按45°三轴应变花方式分别粘贴于坡体侧面不同部位,位移传感设备26可采用百分表式位移传感器,位移传感设备26固定于型钢制成的位移传感器安装支架,位移传感器安装支架固定于地面,位移传感设备26的测头直接接触测点,测点使用刚性小方块制成,刚性小方块通过螺丝固定于坡体侧面不同位置;
4、按照设计坡率进行边坡面开挖,并进行应变与位移数据采集;
5、制作腐蚀池与电化学测试装置并安装,具体为:腐蚀池2的PVC管设置在岩体预留孔道内,PVC管一端伸出加荷板6和传荷板7上的管道预留穿孔与三通管的第一端口连接,三通管的第一端口和第二端口位于同一直线上,三通管的第二端口用管盖封闭,三通管的第三端口朝上,将预应力锚筋3的上端穿过PVC管、测力计5,预应力锚筋3的下端穿过三通管的第二端口的管盖、反力墙11,预应力锚筋3不与PVC管接触,将无预应力筋14与辅助电极15使用绝缘固定绳24悬挂于三通管中,预应力锚筋3、无预应力筋14、辅助电极15相互不接触,将参比电极放置到三通管的第三端口的管路中,并将辅助电极15、参比电极16通过辅助电极导线19、参比电极导线18与电化学工作站20连接,电化学工作站20可使用CS350型电化学工作站,将预应力锚筋3或无预应力筋14分别通过预应力工作电极导线17-1和无预应力工作电极导线17-2与电化学工作站20连接;
6、使用下端锚具4-2将预应力锚筋3的下端固定于反力墙11,测力计5放置于上端锚具4-1与坡体的边坡面之间,测力计5一端贴紧坡面,测力计5另一端与上端锚具4-1接触,使用穿心千斤顶对预应力锚筋3的上端进行张拉,并使用上端锚具4-1将预应力锚筋3锁定于坡体的边坡面,采集边坡锚固过程中的应力与位移数据;
7、对三通管的第二端口进行封水处理,配制腐蚀液并通过三通管的第三端口灌注腐蚀液到三通管和PVC管内,腐蚀液可使用NaCl溶液或Na2SO4溶液;
8、使用转子流量计标定供氧泵,供氧泵连接氧气管后将氧气管插入三通管的底部;
9、制作完成后按设计频率对电化学工作站20检测预应力锚筋3或无预应力筋14的电化学参数,以及测力计5、应变传感设备27、位移传感设备26检测的应力、应变、位移等相关数据进行采集,开展腐蚀环境下锚固顺层边坡时效演化行为研究;其中电化学参数通过电化学工作站采用三电极体系测试,三个电极分别为辅助电极15、参比电极16和工作电极,当测试预应力锚筋3时,预应力锚筋3为工作电极,将预应力锚筋3通过工作电极导线与电化学工作站20连接,当测试无预应力筋14时,无预应力锚筋14为工作电极,将无预应力筋14与电化学工作站20连接。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (2)

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结构面材料(25),岩层内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,三通管的第一端口和第二端口位于同一直线上,三通管的第三端口用于灌注腐蚀液,通过三通管的第三端口中的液面高度控制预应力锚筋(3)的浸泡长度,坡体侧部不同设定位置设置有应变传感设备(27),坡体旁边安装有位移传感设备(26),
电化学测试装置(13)包括用作工作电极的预应力锚筋(3)或无预应力筋(14),还包括辅助电极(15)、参比电极(16)、工作电极导线(17)、参比电极导线(18)、辅助电极导线(19)、电化学工作站(20)、可调式供氧泵(21)、氧气管(22)、以及绝缘固定绳(24),
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,所述反力墙距岩层模型一定距离,
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,
所述柔性水平应力加载装置包括加荷板(6)、传荷板(7)、定位销(8)、弹簧(9)、千斤顶(10)、反力墙(11)、以及支撑三脚架(12),传荷板(7)紧贴坡体垂直侧设置,定位销(8)一端固定于传荷板(7),另一端伸出设置在加荷板(6)的定位销预留孔道,加荷板(6)与传荷板(7)在PVC管的延伸处开设有供PVC管和预应力锚筋(3)穿过的管道预留穿孔;定位销(8)上套设有弹簧(9),弹簧(9)位于加荷板(6)与传荷板(7)之间;千斤顶(10)的固定端固定于反力墙(11),千斤顶(10)的伸缩端支撑于加荷板(6),反力墙(11)下端部分嵌入地下并通过支撑三脚架(12)加固,
所述千斤顶(10)作用在加荷板(6)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。
2.一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、制作坡体,具体为:根据天然坡体的岩层和结构面的物理参数、力学参数按模型试验中的比尺关系配置岩层材料(1)和结构面材料(25),利用岩层材料(1)制作岩层,岩层上预制有岩体预留孔道,按照设定倾角由下至上分层吊装岩层,每完成一层岩层在岩层上部均匀铺设结构面材料(25),岩体预留孔道内设置腐蚀池(2)的PVC管,获得含有岩体预留孔道的坡体,腐蚀池(2)的PVC管内放置预应力锚筋(3),岩体预留孔道方向与预应力锚筋(3)设置方向平行;
步骤2、制作并安装柔性水平应力加载装置,具体为:将传荷板(7)紧贴坡体垂直侧,架设加荷板(6),加荷板(6)与传荷板(7)在PVC管的延伸处开设供PVC管和预应力锚筋(3)穿过的管道预留穿孔,定位销(8)上套设弹簧(9),定位销(8)一端固定于传荷板(7),另一端伸出加荷板(6)上的定位销预留孔道,架设反力墙(11),反力墙(11)下端部分嵌入地下,使用支撑三脚架(12)对反力墙(11)进行加固,将千斤顶(10)的固定端固定于反力墙(11),千斤顶(10)的伸缩端支撑于加荷板(6);
步骤3、在坡体的侧部安装应变传感设备(27)、位移传感设备(26)及位移传感器安装支架;
步骤4、按照设计坡率进行边坡面开挖,并进行应变与位移数据采集;
步骤5、安装腐蚀池(2)与电化学测试装置(13),具体为: PVC管一端伸出管道预留穿孔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,
预应力锚筋(3)的上端穿过PVC管、测力计(5),预应力锚筋(3)的下端穿过三通管的第二端口的管盖、反力墙(11),预应力锚筋(3)不与PVC管接触,将无预应力筋(14)与辅助电极(15)使用绝缘固定绳(24)悬挂于三通管中,将参比电极放置到三通管中,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,并将辅助电极(15)、参比电极(16)与电化学工作站(20)连接,将预应力锚筋(3)或无预应力筋(14)与电化学工作站(20)连接;
步骤6、使用下端锚具(4-2)将预应力锚筋(3)的下端固定于反力墙(11),测力计(5)设置于上端锚具(4-1)与坡体的边坡面之间,使用穿心千斤顶对预应力锚筋(3)的上端进行张拉,并使用上端锚具(4-1)将预应力锚筋(3)锁定于坡体的边坡面,采集边坡锚固过程中的应力与位移数据;
步骤7、对三通管的第二端口进行封水处理,配制腐蚀液并通过三通管的第三端口灌注腐蚀液到三通管和PVC管内;
步骤8、将供氧泵与氧气管一端连接,氧气管另一端插入三通管的底部;
步骤9、制作完成后按设计频率对电化学工作站(20)检测到的预应力锚筋(3)或无预应力筋(14)的电化学参数,以及测力计(5)、应变传感设备(27)、位移传感设备(26)检测到的应力、应变、位移进行采集,
所述的应变传感设备(27)为应变片,应变片按45°三轴应变花方式分别粘贴于坡体侧面不同设定部位,位移传感设备(26)为百分表式位移传感器,位移传感设备(26)固定于位移传感器安装支架上,位移传感器安装支架固定于地面,位移传感设备(26)的测头直接接触测点,测点为刚性小方块,刚性小方块通过螺丝固定于坡体侧面不同设定位置。
CN201611047483.6A 2016-11-23 2016-11-23 一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统及方法 Active CN106525707B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611047483.6A CN106525707B (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611047483.6A CN106525707B (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106525707A CN106525707A (zh) 2017-03-22
CN106525707B true CN106525707B (zh) 2024-01-30

Family

ID=58356785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611047483.6A Active CN106525707B (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106525707B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107063989A (zh) * 2017-05-19 2017-08-18 西南交通大学 一种岩层顺层氧化酸蚀反应试验装置
CN107894392B (zh) * 2017-12-20 2023-08-25 山东大学 加锚节理岩体在海水侵蚀下锚固锈蚀机理的研究系统及方法
CN110501280A (zh) * 2019-08-30 2019-11-26 广东工业大学 一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置和方法
CN111189698B (zh) * 2020-03-13 2023-01-24 中原工学院 测试腐蚀蠕变条件下锚固岩体内外变形特征的装置及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101109691A (zh) * 2007-07-30 2008-01-23 山东省交通厅公路局 金属杆体材料应力腐蚀试验装置及其试验方法
CN206223625U (zh) * 2016-11-23 2017-06-06 长江水利委员会长江科学院 一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101109691A (zh) * 2007-07-30 2008-01-23 山东省交通厅公路局 金属杆体材料应力腐蚀试验装置及其试验方法
CN206223625U (zh) * 2016-11-23 2017-06-06 长江水利委员会长江科学院 一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Structure and Infrastructure Engineering:Maintenance, Management, Life-Cycle Design and Performance;Lin Li et al.;《Structure and Infrastructure Engineering》;20141009;第1-12页 *
典型顺层高边坡工程病害的地质力学模型试验研究;孙书伟 等;岩土工程学报;第30卷(第9期);第1349-1355页 *
典型顺层高边坡工程病害的地质力学模型试验研究;孙书伟等;《岩土工程学报》;20080930;第30卷(第09期);第1349-1355页 *
服役20年预应力锚索耐蚀性能研究;任爱武等;《中国水利水电科学研究院学报》;20141215;第12卷(第04期);第410-413页 *
锚索失效对边坡稳定性影响的模拟试验;罗强等;《长安大学学报(自然科学版)》;20110115;第31卷(第01期);第69-73页 *
顺层岩体边坡开挖过程模拟试验;唐红梅 等;岩土力学;第32卷(第2期);第435-440页 *
预应力锚索腐蚀耐久性试验方案设计探讨;廖灵敏 等;人民长江;第46卷(第23期);第69-72页 *
预应力锚索腐蚀耐久性试验方案设计探讨;廖灵敏等;《人民长江》;20151231;第46卷(第23期);第69-72页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106525707A (zh) 2017-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104374648B (zh) 一种测试管桩与注浆土体之间动力剪切特性的试验装置及方法
CN106525707B (zh) 一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统及方法
CN106596268B (zh) 一种多浸水工况模拟试验模型箱及试验方法
CN106638725A (zh) 一种管桩挤土效应测试装置及方法
CN108319805B (zh) 一种等效水平受荷桩受力过程和荷载传递机理的模拟方法
CN108956285B (zh) 一种单锚纤维筋抗浮锚杆体系拉拔试验方法
CN107238458A (zh) 干孔泄压阀及水压致裂地应力测试装置
CN203795485U (zh) 预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型
CN204590104U (zh) 一种模拟自平衡测桩法的模型实验装置
CN209816944U (zh) 一种模拟基坑分段开挖对隧道影响的实验装置
CN211505504U (zh) 一种模拟隧道穿越富水断层突涌水的试验装置
CN109709308A (zh) 一种采水型地裂缝物理模型试验装置及试验方法
CN112881166B (zh) 一种采矿全过程及采空塌陷区地基稳定性试验装置及方法
CN211927256U (zh) 一种扩大头锚杆群锚试验装置
CN111380760A (zh) 一种隧道爆破开挖模型试验系统及方法
CN106337446A (zh) 一种桩基抗拔室内试验装置及其实验方法
CN107816066B (zh) 一种纤维筋微型抗拔桩抗拔承载力测试装置
CN108106939A (zh) 一种基于杠杆原理的重力补偿式锚固体蠕变效应试验系统
CN106680085A (zh) 基于蠕变试验机锚杆体系时效特征的测试系统及测试方法
CN211113788U (zh) 一种偏压和渗流条件下狭长基坑隆起变形的模拟装置
Su Laboratory pull-out testing study on soil nails in compacted completely decomposed granite fill
CN108896391B (zh) 一种等效水平受荷桩受力过程和荷载传递机理的模拟装置
CN111551356B (zh) 一种扩大头锚杆群锚试验装置及其试验方法
CN206223625U (zh) 一种能模拟腐蚀环境的锚固顺层边坡模型试验系统
CN107014670B (zh) 复合荷载作用下的单桩多向水平承载力的测试装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant