CN111795900A - 一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置及方法 - Google Patents

一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置及方法，包括试件、钢架支撑机构、动力加载机构、数据采集机构，所述试件为岩石梁‑喷射混凝土组合结构，所述动力加载机构包括竖杆、摆杆、摆锤；所述数据采集机构包括安装在试件上的若干个加速度计。本发明的测量装置结构合理，简单且易于操作，其可快速获得早期喷射混凝土的爆破安全振动速度，以为现场施工提供一定的参考数据。

Description

一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置及 方法
技术领域
本发明涉及工程施工领域，尤其涉及一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置及方法。
背景技术
在隧道开挖过程中，通常采用喷射混凝土作为初期支护方式。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。如果最近浇筑或喷射的混凝土在凝结硬化早期就暴露在爆破振动环境下，可能会对这种支撑系统造成严重损害，导致湿喷混凝土与岩石之间完全或部分脱粘，从而影响支护结构的后期强度，使之达不到预期的支护效果。
为了保证隧道掘进的安全高效进行，对于处在爆破扰动下的混凝土，人们通常采用爆破振动速度作为安全施工依据。我国现行的《爆破安全规程》(GB6722-2011)指出交通隧道安全允许的振动速度范围为10cm/s～20cm/s；对于新浇筑的大体积混凝土(C20)按龄期0～3d、3d～7d、7d～28d分别给出的最大允许振动速度为1.5cm/s～3.0cm/s、3.0cm/s～7.0cm/s、7.0cm/s～12.0cm/s。但在规范中并没有对各种支护形式的具体安全允许振动速度给出明确规定，而且爆破振动对浇筑混凝土与喷射混凝土的影响不尽相同。
水泥作为混凝土中的凝胶材料，随着龄期的增加，水化反应逐渐完全，形成的凝胶体填充颗粒之间空隙，毛细孔越来越少，使结构更加紧密，水泥浆体逐渐产生凝结与硬化，形成坚固的整体。混凝土终凝到3天龄期之间的水化反应是早期强度形成的关键时期，正常养护条件下的普通硅酸盐水泥3天龄期的强度未28天龄期的40％-60％，在此阶段，水泥的水化反应还未完全，在爆破振动作用下会形成内部随机分布的微裂纹或贯通裂纹，这些裂隙不但破坏凝胶体强度的形成，妨碍水化反应的正常发展，而且会造成混凝土的强度、极限拉应变和抗渗性降低，严重的还会导致混凝土直接破坏。因此，针对早龄期的混凝土所能承受的爆破振动速度是有必要进行研究的，此外，不同喷射混凝土的种类、厚度以及振动源特性会使得喷射混凝土所能承受的临界爆破振动速度变化很大。然而，目前针对喷射混凝土在早期爆破扰动下的安全振动速度缺乏具体可靠的安全振动准则，这大大影响了喷射混凝土的安全施工。
因此基于以上背景，有必要设计一种可以快速测量早期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置和方法，确定喷射混凝土的安全振动速度以为隧道的安全施工提供参考。
发明内容
本发明针对隧道支护结构中早期喷射混凝土在爆破扰动下发生粘结失效，缺乏针对性的安全振动速度参考与标准的问题，提供一种简单、易操作的早期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置和方法。
本发明提供了一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置，包括试件，其还包括用于放置所述试件的钢架支撑机构、位于钢架机构一端外的动力加载机构、数据采集机构，所述钢架支撑机构包括2根用于固定钢架支撑机构的下横梁、2组位于横梁两端的立梁、2根焊接在所述立梁的上端的上横梁、2根固接在所述上横梁的钢绳，1组所述立梁对称焊接在所述下横梁与上横梁上，2组所述立梁分别位于所述上横梁与下横梁的两端，所述钢绳位于2组所述立梁之间；位于所述上横梁一端的对称的2根立梁的侧面呈八字形，所述试件为立方体状的岩石梁-喷射混凝土组合结构，所述动力加载机构包括竖杆、一端与所述竖杆上端活动连接的摆杆、螺栓连接在摆杆另一端的摆锤；所述数据采集机构包括安装在试件上的若干个加速度计，其中一个所述的加速度计位于所述试件的喷射混凝土端面上。
优选地，所述加速度计的数量为4个，其另外3个所述加速度计横向均布在所述试件上。
优选地，所述摆杆与竖杆之间固接有一角度盘。
优选地，所述摆锤的重量为40kg，长度为0.3m，截面尺寸为0.1m×0.1m。
优选地，所述摆杆的长度为1.5m。
根据上述的一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置，本发明还提供了一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验方法，其试验步骤如下：
S1：制作试件，分别就不同厚度、不同龄期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：将S1制作的试件以将喷射混凝土的端面远离动力加载机构的方式安装在钢架支撑机构上，在然后进行平整度检验来确保试件为水平放置状态；
S3：将3个加速度计从所述试件靠近所述动力加载机构一端开始，在试件的柱身上等距安装3个加速度计，在所述试件的喷射混凝土的端面上安装1个加速度计；
S4：调试动力加载机构，调节动力加载机构的竖杆、横杆的位置、角度，释放摆锤以确定摆锤的试件的截面完全贴合；
S5：释放摆锤，模拟爆破荷载来对试件的安全振动速度进行测量：对同一批次的多个试件通过改变竖杆与摆杆的角度以对不同的试件施加不同加速度的动力载荷，直至有试件的喷射混凝土的端面与试件分离；
S6：将S5步骤中的喷射混凝土端未分离脱落的试件进行养护，待其养护到一定时间后，进行脱模，然后对其进行超声波与抗压强度测试；
S7：将4个加速计获得的加速度时程和加速度频谱等数据进行记录并分析，结合S6的检测结果，可获得冲击速度与喷射混凝土所能承受的爆破安全振动速度之间的关系。
优选地，步骤S1试件的制作具体步骤如下：
1)将岩石切割成长为2.5m，截面尺寸为0.3m×0.3m的岩石梁，其中可根据试验需要来选择不同围岩特性的岩石来切成制作岩石梁；
2)将步骤1)的岩石梁放入试模中，在岩石梁的一个端部喷涂混凝土，其中可根据试验设计来喷涂不同厚度、不同强度等级的混凝土；
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的完整无损性。
优选地，步骤S5的竖杆与摆杆的角度控制在0-60°。
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，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)本发明的试验装置与试验方法可满足不同工况，其可检测不同种类的岩石、不同的喷射混凝土厚度、不同龄期的喷射混凝土，其应用范围较广；
(3)本发明的岩石梁-喷射混凝土组合结构的试件制作时是采用2.5m长的岩石梁，由于波在传播过程中会有衰减，2.5m的长梁试件相较于小尺寸的试件，其更能反映出爆炸波从爆源到喷射混凝土的衰减过程，因此采用长梁试件则可准确反映爆炸应力波在岩石中的传播特性，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为本发明试验装置的侧视图；
图3为本发明试验方法的步骤流程图；
图中：1-摆锤；2-摆杆；3-竖杆；4-下横梁；5-上横梁；6-立梁；7-钢绳；8-试件；81-喷射混凝土端面；9-加速度计。
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至图2所示的一种早期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置，包括试件8，其还包括用于放置所述试件的钢架支撑机构、位于钢架机构一端外的动力加载机构、数据采集机构，所述钢架支撑机构包括2根用于固定钢架支撑机构的下横梁4、2组位于横梁两端的立梁6、2根焊接在所述立梁6的上端的上横梁5、2根固接在所述上横梁5的钢绳7，1组所述立梁6对称焊接在所述下横梁6与上横梁5上，2组所述立梁6分别位于所述上横梁5与下横梁6的两端，所述钢绳7位于2组所述立梁6之间；位于所述上横梁5一端的对称的2根立梁6的侧面呈八字形，所述试件8为立方体状的岩石梁-喷射混凝土组合结构，所述动力加载机构包括竖杆3、一端与所述竖杆3上端活动连接的长度为1.5m的摆杆2、螺栓连接在所述摆杆2另一端的重量为40kg，长度为0.3m，截面尺寸为0.1m×0.1m的摆锤1；所述数据采集机构包括安装在试件上的4个加速度计9，其中一个所述的加速度计9位于所述试件的喷射混凝土端面81上，另外3个所述加速度9计横向均布在所述试件8上。。
优选地，所述摆杆2与竖杆3之间处固接有一角度盘10。
根据图3所示的一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验方法，其试验步骤如下：
S1：制作试件，分别就不同厚度、不同龄期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)将岩石切割成长为2.5m，截面尺寸为0.3m×0.3m的岩石梁，其中可根据试验需要来选择不同围岩特性的岩石来切成制作岩石梁；
2)将步骤1)的岩石梁放入试模中，在岩石梁的一个端部喷涂混凝土，其中可根据试验设计来喷涂不同厚度、不同强度等级的混凝土；
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的完整无损性。
S2：将S1制作的试件以将喷射混凝土的端面远离动力加载机构的方式安装在钢架支撑机构上，在然后进行平整度检验来确保试件为水平放置状态；
S3：将3个加速度计从所述试件靠近所述动力加载机构一端开始，在试件的柱身上等距安装3个加速度计，在所述试件的喷射混凝土的端面上安装1个加速度计；
S4：调试动力加载机构，调节动力加载机构的竖杆、横杆的位置、角度，释放摆锤以确定摆锤的试件的截面完全贴合；
S5：释放摆锤，模拟爆破荷载来对试件的安全振动速度进行测量：对同一批次的多个试件通过改变竖杆与摆杆的角度以对不同的试件施加不同加速度的动力载荷，直至有试件的喷射混凝土的端面与试件分离；所述竖杆与摆杆的角度控制在0-60°；
S6：将S5步骤中的喷射混凝土端未分离脱落的试件按照标准养护28天后进行脱模，然后对其进行超声波与抗压强度测试；
S7：将4个加速计获得的加速度时程和加速度频谱等数据进行记录并分析，结合S6的检测结果，可获得冲击速度与喷射混凝土所能承受的爆破安全振动速度之间的关系。
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 (8)

1.一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置，包括试件(8)，其特征在于，其还包括用于放置所述试件的钢架支撑机构、位于钢架机构一端外的动力加载机构、数据采集机构，所述钢架支撑机构包括2根用于固定钢架支撑机构的下横梁(4)、2组位于横梁两端的立梁(6)、2根焊接在所述立梁的上端的上横梁(5)、2根固接在所述上横梁的钢绳(7)，1组所述立梁对称焊接在所述下横梁(4)与上横梁(5)上，2组所述立梁(6)分别位于所述上横梁(5)与下横梁(6)的两端，所述钢绳(7)位于2组所述立梁(6)之间；位于所述上横梁(5)一端的对称的2根立梁(6)的侧面呈八字形，所述试件(8)为立方体状的岩石梁-喷射混凝土组合结构，所述动力加载机构包括竖杆(3)、一端与所述竖杆(3)上端活动连接的摆杆(2)、螺栓连接在摆杆(2)另一端的摆锤(1)；所述数据采集机构包括安装在试件(8)上的若干个加速度计(9)，其中一个所述的加速度计(9)位于所述试件(8)的喷射混凝土端面(81)上。
2.根据权利要求1所述的一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置，其特征在于，所述加速度计(9)的数量为4个，其另外3个所述加速度计(9)横向均布在所述试件(8)上。
3.根据权利要求1所述的一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置，其特征在于，所述摆杆(2)与竖杆(3)之间固接有一角度盘(10)。
4.根据权利要求1所述的一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置，其特征在于，所述摆锤(1)的重量为40kg，长度为0.3m，截面尺寸为0.1m×0.1m。
5.根据权利要求1所述的一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验装置，其特征在于，所述摆杆(2)的长度为1.5m。
6.一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验方法，其特征在于，根据权利要求1-5所述的试验装置，其试验步骤如下：
S1：制作试件，分别就不同厚度、不同龄期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：将S1制作的试件以将喷射混凝土的端面远离动力加载机构的方式安装在钢架支撑机构上，然后进行平整度检验来确保试件为水平放置状态；
S3：将3个加速度计从所述试件靠近所述动力加载机构一端开始，在试件的柱身上等距安装3个加速度计，在所述试件的喷射混凝土的端面上安装1个加速度计；
S4：调试动力加载机构：调节动力加载机构的竖杆、横杆的位置、角度，释放摆锤以确定摆锤的试件的截面完全贴合；
S5：释放摆锤，模拟爆破荷载来对试件的安全振动速度进行测量：对同一批次的多个试件通过改变竖杆与摆杆的角度以对不同的试件施加不同加速度的动力载荷，直至有试件的喷射混凝土的端面与试件分离；
S6：将S5步骤中的喷射混凝土端未分离脱落的试件进行养护，待其养护到一定时间后，进行脱模，然后对其进行超声波与抗压强度测试；
S7：将4个加速计获得的加速度时程和加速度频谱等数据进行记录并分析，结合S6的检测结果，可获得冲击速度与喷射混凝土所能承受的爆破安全振动速度之间的关系。
7.根据权利要求6所述的一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验方法，其特征在于，步骤S1试件的制作具体步骤如下：
1)将岩石切割成长为2.5m，截面尺寸为0.3m×0.3m的岩石梁，其中可根据试验需要来选择不同围岩特性的岩石来切成制作岩石梁；
2)将步骤1)的岩石梁放入试模中，在岩石梁的一个端部喷涂混凝土，其中可根据试验设计来喷涂不同厚度、不同强度等级的混凝土；
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的完整无损性。
8.根据权利要求6所述的一种测量早龄期喷射混凝土爆破安全振动速度的试验方法，其特征在于，步骤S5的竖杆与摆杆的角度控制在0-60°。
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CN113959384A (zh) * 2021-10-25 2022-01-21 绍兴市容纳测控技术有限公司 一种全自动混凝土立方体的边长、角度及平面平整度测量方法

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