CN111766200B - 一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置及方法，包括试件、试验架、试验架包括2根立梁、上横梁与下横梁，所述上横梁上设有钢绳且其下底面固接有反射杆，所述钢绳一端连接有套设在反射杆上的落锤，所述下横梁上固接有缓冲块，所述反射杆与缓冲块之间设有一端固接有撞击盘的拉伸杆,所述拉伸杆与反射杆之间留有可安装试件的空隙，反射杆与拉伸杆上粘结有若干个应变片。本发明测量装置结构合理，且易于操作，其采用落锤模拟爆破荷载，其可根据需求通过调节落锤的高度以对试件样施加不同的爆破冲击载荷，其冲击载荷加载方式方便，且采用直接拉伸的方法可真实反映喷射混凝土与围岩的受拉状态，获得的试验数据真实可靠。

Description

一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置及 方法

技术领域

本发明涉及工程施工领域，尤其涉及一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置及方法。

背景技术

隧道工程施工进行支护设计的主要原则是能够承受围岩产生及传递的压力，保证施工的安全。喷射混凝土在施工方式、材料组成和早期强度发展快速等方面的特有的优势，使其成为一种非常适合隧道支护的材料。喷射混凝土最基本的特点是它能粘附在岩石表面上，与围岩共同形成具有良好粘结性能的整体结构。

喷射混凝土支护结构的效果与喷射混凝土和岩石间的粘结特性密切相关，其失效破坏通常表现为交界面粘结力的丧失。评价喷射混凝土的粘结特性通常采用粘结强度这一参数。为准确测量喷射混凝土的粘结强度，申请号201910552316.4的专利公布了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；申请号为2013101842356的专利公布了一种喷射混凝土—岩石接触面粘结强度的现场测量装置；申请号为 2015210820172的专利公布了一种用于现场测量喷射混凝土层与围岩粘结强度的装置，上述专利的研发与运用虽然均取得了良好的社会经济效益，然而这些测试都是针对静态荷载下的岩石与喷射混凝土接触面粘结强度。而实际上，在隧道开挖过程中，通常采用钻爆法进行施工。当隧道断面存在多个工作面同时进行钻爆法掘进时，整个隧道断面要受到多次爆破的动力扰动作用。此时，动态荷载下的喷射混凝土粘结强度与静态荷载测试条件下会有很大不同，亟需对喷射混凝土的动态粘结强度进行测试分析。对此，申请号为 2019100062460的专利公布了一种爆破对喷射混凝土围岩界面强度影响的试验装置及方法，该专利采用振动台模拟爆破作用，对喷射混凝土-围岩界面强度劣化规律进行定量描述，但并不能获得喷射混凝土的动态粘结强度。

综上所述，因此现在有必要设计一种能够测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置及方法，以确定不同爆破冲击荷载下喷射混凝土的动态粘结强度来为隧道安全设计和施工提供参考。

发明内容

为解决上述背景中技术问题，本发明提供一种测量爆破扰动下喷射混凝土的动态粘结强度的试验装置和方法，其主要是通过模拟爆破冲击载荷以获得不同爆破冲击载荷下喷射混凝土的动态粘结强度以为隧道的安全设计与施工提供参考。

因此，本发明提供了一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置，包括试件，所述试件为岩石-喷射混凝土组合结构，所述试验装置还包括试验架，所述试验架包括2根立梁与连接在所述立梁的上、下端面上的上横梁与下横梁，所述上横梁的下方上设有可调节长度的钢绳，所述钢绳的一端连接有一可通过钢绳来调节其起落高度的柱状的落锤，所述上横梁的下底面固接有反射杆，所述落锤可滑动的套设在所述反射杆上，所述下横梁上固接有缓冲块，所述反射杆与缓冲块之间设有拉伸杆,所述拉伸杆靠近缓冲块的一端固接有一撞击盘，所述拉伸杆与反射杆之间留有可安装试件的空隙，所述反射杆与拉伸杆上粘结有若干个应变片。所述拉伸杆独立于所述反射杆与缓冲块，在非试验状态时，所述拉伸杆放置在缓冲块上。

优选地，所述反射杆与拉伸杆上各粘结有1个应变片，2个所述应变片位于同一纵向直线上。

优选地，所述反射杆与拉伸杆的材质均为不锈钢材质，其直径均为80mm。

优选地，所述落锤的材质均为不锈钢材质，其为中空圆柱体状，所述落锤通过其中心开有的一通孔套设在所述反射杆上。

优选地，所述落锤的直径为200mm，高度为200mm，其开有的通孔31的孔径为90mm。

根据上述的一种测量爆破扰动下喷射混凝土的动态粘结强度的试验装置，本发明还提供了一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验方法，其试验步骤如下：

S1：制作试件：分别就不同龄期、不同强度等级的喷射混凝土等不同工况制作多个批次的岩石梁-喷射混凝土组合结构件，每个批次均在同样的养护条件下制作多个岩石梁-喷射混凝土组合结构件；

S2：安装试件：首先将步骤S1制作的试件将其岩石端面胶粘在所述反射杆的下底面，待其稳定后，将试件的喷射混凝土端面胶粘在所述拉伸杆的顶面上；

S3：安装应变片：将所述应变片分别粘贴在所述反射杆与拉伸杆上，在安装应变片时，2个应变片位于同一纵向直线上；

S4：施加冲击载荷：控制钢绳的长度以调节落锤的高度，释放钢绳以使得落锤从高处落下，以此来模拟不同的爆破扰动下冲击载荷；

S5：应变数据采集，采集应变片数据，基于一维应力波传播理论，计算出不同冲击载荷下喷射混凝土的动态粘结强度。

在步骤S4中，当落锤从高处落下，其与撞击盘的接触会模拟爆炸应力波，应力波经拉伸杆穿过岩石- 喷射混凝土组合结构试件，到达反射杆上，之后应力波反射回来，而通过应变片可记录该过程中应变的变化,因此通过步骤S5的数据采集与计算，可得到准确的不同爆破冲击载荷下喷射混凝土的动态粘结强度。

优选地，步骤S1试件的制作具体步骤如下：

1)将岩石切割成直径为80mm、高为80mm圆柱体，其中岩石的种类可根据试验需要来选择不同围岩特性的岩石；

2)将步骤1)的切好的岩石放入试模中，在岩石的一个端部喷涂混凝土以制作喷射混凝土，其喷射混凝土的形状、尺寸与切割的岩石一致，喷射混凝土强度等级可根据试验设计来进行调控；

3)按照规范将试件养护至设计龄期，拆模后对试样进行超声波检查，确保岩石梁--喷射混凝土组合结构试件为完整无损且其端面为平滑的。

采用上述技术方案，具有的有益效果如下：

(1)本发明测量装置结构简单，易于操作，其采用落锤模拟爆破荷载，可根据需求通过调节落锤的高度以对试件样施加不同的爆破冲击载荷，其冲击载荷加载方式方便，且可满足多样的工种需求；可快速获得早期喷射混凝土的爆破安全振动速度，避免了现场测量带来的误差和繁琐，采用本发明的试验装置与试验方法采集及分析得来的数据可为不同隧道中的岩石-喷射混凝土支护结构的爆破掘进施工提供参考；

(2)本发明采用直接拉伸的方法进行喷射混凝土动态粘结强度的测试，可真实反映喷射混凝土与围岩的受拉状态，获得的试验数据更加真实可靠。

附图说明

图1为本发明试验装置的结构示意图；

图2为本发明试验方法的步骤流程图；

图中：1-试验架；11-立梁；12-上横梁；13-下横梁；2-钢绳；3-落锤；31-通孔；4-反射杆；5-拉伸杆；6-撞击盘；7-缓冲块；8-试件；81-岩石端面；82-喷射混凝土端面；9-应变片。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，先对照附图说明本发明的具体实施方式。根据图1所示的一种测量爆破扰动下喷射混凝土的动态粘结强度的试验装置，包括试件8，所述试件8为岩石-喷射混凝土组合结构，所述试验装置还包括试验架1，所述试验架1包括2根立梁11与连接在所述立梁11的上、下端面上的上横梁12与下横梁13，所述上横梁12的下方上设有可调节长度的钢绳2，所述钢绳2的一端连接有一可通过钢绳2来调节其起落高度的柱状的落锤3，所述上横梁12的下底面固接有反射杆4，所述落锤3可滑动的套设在所述反射杆4上，所述下横梁13上固接有缓冲块7，所述反射杆4 与缓冲块7之间设有拉伸杆5,所述拉伸杆5靠近缓冲块7的一端固接有一撞击盘6，所述拉伸杆5与反射杆4之间留有可安装试件8的空隙。

所述拉伸杆5独立于所述反射杆4与缓冲块7，在非试验状态时，所述拉伸杆5放置在缓冲块上。

所述反射杆4与拉伸杆5上各粘结有1个应变片9，2个所述应变片9位于同一纵向直线上。

所述反射杆4与拉伸杆5的材质均为不锈钢材质，其直径均为80mm。

所述落锤3的材质均为不锈钢材质，其为中空圆柱体状，所述落锤(3)通过其中心开有的通孔(31) 套设在所述反射杆4上。

所述落锤3的直径为200mm，高度为200mm，其开有的通孔(31)的孔径为90mm。

根据图1至图2所示的一种测量爆破扰动下喷射混凝土的动态粘结强度的试验方法，其试验步骤如下：

S1：制作试件：分别就不同龄期、不同强度等级的喷射混凝土等不同工况制作多个批次的岩石梁-喷射混凝土组合结构件，每个批次均在同样的养护条件下制作多个岩石梁-喷射混凝土组合结构件；

试件制作的具体步骤如下：

1)将岩石切割成直径为80mm、高为80mm圆柱体，其中岩石的种类可根据试验需要来选择不同围岩特性的岩石；

2)将步骤1)的切好的岩石放入试模中，在岩石的一个端部喷涂混凝土以制作喷射混凝土，其喷射混凝土的形状、尺寸与切割的岩石一致，喷射混凝土强度等级可根据试验设计来进行调控；

3)按照规范将试件养护至设计龄期，拆模后对试样进行超声波检查，确保岩石梁--喷射混凝土组合结构试件为完整无损且其端面为平滑的。

S2：安装试件：首先将步骤S1制作的试件将其岩石的端面81胶粘在所述反射杆4的下底面，待其稳定后，将试件的喷射混凝土的端面82胶粘在所述拉伸杆5的顶面上；

S3：安装应变片：将所述应变片9分别粘贴在所述反射杆4与拉伸杆5上，在安装应变片9时，2个应变片9位于同一纵向直线上；

S4：施加冲击载荷：控制钢绳2的长度以调节落锤3的高度，释放钢绳2以使得落锤3从高处落下，以此来模拟不同的爆破扰动下冲击载荷；

S5：应变数据采集，采集应变片9数据，基于一维应力波传播理论，计算出不同冲击载荷下喷射混凝土

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置，包括试件（8），其特征在于，所述试件（8）为岩石-喷射混凝土组合结构，所述试验装置还包括试验架（1），所述试验架（1）包括2根立梁（11）与连接在所述立梁（11）的上、下端面上的上横梁（12）与下横梁（13），所述上横梁（12）的下方上设有可调节长度的钢绳（2），所述钢绳（2）的一端连接有一可通过钢绳（2）来调节其起落高度的柱状的落锤(3)，所述上横梁(12)的下底面固接有反射杆(4)，所述落锤(3)可滑动的套设在所述反射杆(4)上，所述下横梁(13)上固接有缓冲块（7），所述反射杆（4）与缓冲块（7）之间设有拉伸杆（5）,所述拉伸杆（5）靠近缓冲块（7）的一端固接有一撞击盘（6），所述拉伸杆（5）与反射杆（4）之间留有可安装试件（8）的空隙，所述反射杆（4）与拉伸杆（5）上粘结有若干个应变片(9)。

2.根据权利要求1所述的一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置，其特征在于，所述反射杆(4)与拉伸杆(5)上各粘结有1个应变片(9)，2个所述应变片（9）位于同一纵向直线上。

3.根据权利要求1所述的一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置，其特征在于，所述反射杆（4）与拉伸杆（5）的材质均为不锈钢材质，其直径均为80mm。

4.根据权利要求1所述的一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置，其特征在于，所述落锤（3）的材质均为不锈钢材质，其为中空圆柱体状，所述落锤（3）通过其中心开有的通孔（31）套设在所述反射杆4上。

5.根据权利要求4所述的一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置，其特征在于，所述落锤（3）的直径为200mm，高度为200mm，其开有的通孔（31）的孔径为90mm。

6.一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验方法，其特征在于，其采用权利要求1-5任一项所述的试验装置，其试验步骤如下：

S1：制作试件：分别就不同龄期、不同强度等级的喷射混凝土等不同工况制作多个批次的岩石梁-喷射混凝土组合结构件，每个批次均在同样的养护条件下制作多个岩石梁-喷射混凝土组合结构件；

S2：安装试件：首先将步骤S1制作的试件（8）将其岩石端面（81）胶粘在所述反射杆（4）的下底面，待其稳定后，将试件（8）的喷射混凝土端面（82）胶粘在所述拉伸杆（5）的顶面上；

S3：安装应变片：将所述应变片(9)分别粘贴在所述反射杆(4)与拉伸杆(5)上，在安装应变片(9)时，2个应变片(9)位于同一纵向直线上；

S4：施加冲击载荷：控制钢绳(2)的长度以调节落锤(3)的高度，释放钢绳(2)以使得落锤(3)从高处落下，以此来模拟不同的爆破扰动下冲击载荷；

S5：应变数据采集，采集应变片数据，基于一维应力波传播理论，计算出不同冲击载荷下喷射混凝土的动态粘结强度。

7.根据权利要求6所述的一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验方法，其特征在于，步骤S1试件的制作具体步骤如下：

1）将岩石切割成直径为80mm、高为80mm圆柱体，其中岩石的种类可根据试验需要来选择不同围岩特性的岩石；

2）将步骤1）的切好的岩石放入试模中，在岩石的一个端部喷涂混凝土以制作喷射混凝土，其喷射混凝土的形状、尺寸与切割的岩石一致，喷射混凝土强度等级可根据试验设计来进行调控；

3）按照规范将试件养护至设计龄期，拆模后对试样进行超声波检查，确保岩石-喷射混凝土组合结构试件为完整无损且其端面为平滑的。

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