CN112098236B - 一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种混凝土‑岩体‑喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，包括混凝土箱，所述混凝土箱内填充混凝土，所述混凝土箱的两侧设有固定装置，所述固定装置与混凝土箱之间可拆卸；所述混凝土箱的与岩体或者喷层的表面的接触侧以及与该侧的相对侧为镂空面；所述混凝土‑岩体‑喷层接触面抗剪强度的原位测试装置还包括加压装置，所述加压装置包括金属压板和设置在金属压板上的固定杆，所述固定杆上设有压力传感器，所述压力传感器用于测量施加至金属压板上的作用力，所述金属压板用于朝向岩体或者喷层的表面抵住混凝土箱内的混凝土。本发明所提供的装置解决混凝土‑岩体‑喷层接触面抗剪强度不便原位测定的问题。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，尤其是涉及一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置及测试方法。
背景技术
混凝土是最常用的建筑材料之一，在建筑、岩土、水利、交通等多个领域广泛应用。对于水电工程领域，混凝土重力坝与坝基岩体的接触作用对坝体稳定尤为重要；对于地下工程，混凝土衬砌常作为支护结构，混凝土与围岩或喷层等结构的接触作用对衬砌的设计也有着较大的影响。
混凝土-围岩-喷层的接触作用对结构的稳定性具有较大的影响。过低估计接触面作用，将需要施加其他结构以维持混凝土结构稳定；过高估计接触面作用，则混凝土结构将存在一定的安全风险。
混凝土-围岩-喷层接触面参数通常在试验室进行测定，试验室尺度与现场测试结果可能存在一定的差异。
因此，亟需提供一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置。
发明内容
本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，其特征在于：所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置包括混凝土箱，所述混凝土箱内填充混凝土，所述混凝土箱的两侧设有固定装置，所述固定装置与混凝土箱之间可拆卸，所述固定装置固定至岩体或者喷层的表面上；所述混凝土箱的与岩体或者喷层的表面的接触侧以及与该侧的相对侧为镂空面；所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置还包括加压装置，所述加压装置包括金属压板和设置在金属压板上的固定杆，所述固定杆上设有压力传感器，所述压力传感器用于测量施加至金属压板上的作用力，所述金属压板用于朝向岩体或者喷层的表面抵住混凝土箱内的混凝土；
所述混凝土箱包括U形金属板和金属盖板，所述U形金属板作为混凝土箱的箱体，所述金属盖板和U形金属板的连接位置处交错设置固定卡扣，所述固定卡扣交错地设置在金属盖板和U形金属板上，所述固定卡扣内穿过转轴；
所述混凝土箱的固定侧上设有相对布置的至少一对限位杆，所述限位杆上设有固定螺母；所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置的固定装置包括侧板和固定板，所述侧板垂直地设置在固定板上，所述侧板上设有限位槽，所述侧板上的限位槽用于穿过限位杆且以固定螺母将混凝土箱固定至固定装置的侧板上，所述固定板用于将混凝土箱和侧板固定至岩体或者喷层的表面上。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述混凝土箱包括U形金属板和金属盖板，所述U形金属板作为混凝土箱的箱体，所述金属盖板和U形金属板的连接位置处交错设置固定卡扣，所述固定卡扣交错地设置在金属盖板和U形金属板上，所述固定卡扣内穿过转轴。
作为本发明的优选技术方案：所述混凝土箱的固定侧上设有相对布置的至少一对限位杆，所述限位杆上设有固定螺母；所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置的固定装置包括侧板和固定板，所述侧板垂直地设置在固定板上，所述侧板上设有限位槽，所述侧板上的限位槽用于穿过限位杆且以固定螺母将混凝土箱固定至固定装置的侧板上，所述固定板用于将混凝土箱和侧板固定至岩体或者喷层的表面上。
作为本发明的优选技术方案：所述固定板上设有螺孔，所述螺孔内设有穿入至岩体或者喷层的膨胀螺丝。
作为本发明的优选技术方案：所述混凝土箱的非固定侧中的一侧设有挂钩，所述挂钩用于固定重物或者施加拉力。
作为本发明的优选技术方案：所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置还设有挡板，所述挡板固定至固定装置的侧板上且所述挡板与金属压板的平面相平行，所述挡板的中央设有用于穿过固定杆的限位孔，所述固定杆的底部与金属压板之间设有压力传感器，所述固定杆的中部自下而上依次设有第一螺母、第一垫片、第二垫片和第二螺母，所述第一垫片和第二垫片分别设置在挡板的两侧且分别抵住挡板以分别形成第一螺母和第二螺母的限位。
作为本发明的优选技术方案：所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置还设有挡板，所述固定装置的侧板上固定有挡板且所述挡板与金属压板的平面相平行，所述挡板的中央设有用于穿过固定杆的限位孔，所述固定杆的中部自下而上依次设有第一螺母、第一垫片、压力传感器、第二垫片和第二螺母，所述第一垫片和压力传感器设置在挡板的一侧，所述第二垫片设置在挡板的另一侧，所述压力传感器和第二垫片分别抵住挡板。
本发明还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试方法。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试方法，其特征在于：所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试方法基于前文所述的混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，并包括如下步骤：
(一)混凝土与喷层的接触面或混凝土与岩体的接触面处于垂直的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)挡板及加压装置固定：加压装置的固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
4)混凝土浇筑及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土浇筑，混凝土浇筑时，首先在混凝土箱与加压装置的金属压板之间设置一木模板，避免混凝土砂浆从缝隙流出，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；打开混凝土箱的金属盖板后，将混凝土注入混凝土箱，进行振捣后，待混凝土凝固到待测试龄期；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待混凝土达到待测试龄期后，固定好混凝土箱的金属盖板，将混凝土箱固定螺栓松开，此时，混凝土箱在混凝土与测试面接触作用下保持稳定；若混凝土箱不能维持稳定，则说明接触面粘聚力较低，接触面粘结力ci小于如下值，此情况下，接触面强度较低，需对接触面进行处理：
ci<(G箱+G混)/S箱
其中，G箱为混凝土箱的重力，G混为混凝土箱中浇筑的混凝土的重力，S箱为混凝土箱面积，即混凝土与测试面的接触面积；
ii.上述混凝土箱稳定的情况下，利用加压装置，调整第一螺母和第二螺母对混凝土表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属挂拉力为T2时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，(Tf+G箱+G混)/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对混凝土施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
vi.进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci；
(二)混凝土与喷层的接触面或混凝土与岩体的接触面处于水平的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)混凝土浇筑及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土浇筑，混凝土浇筑时，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；将混凝土注入混凝土箱，进行振捣后，待混凝土凝固到待测试龄期；
4)挡板及加压装置固定：加压装置固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待混凝土达到待测试龄期后，将混凝土箱固定螺栓松开；
ii.利用加压装置的第一螺母和第二螺母对混凝土表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加水平拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱滑动；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属施加拉力为T2时，此时混凝土箱滑动；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，Tf/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对混凝土施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
vi.进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci；
(三)喷层与岩体的接触面处于水平的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)混凝土喷层施加及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土喷层施加，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；将喷层喷入混凝土箱，进行喷层表面处理，便于后期施加表面压力，待喷层凝固到待测试龄期；
4)挡板及加压装置固定：加压装置的固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待喷层达到待测试龄期后，将混凝土箱固定螺栓松开；
ii.利用加压装置的第一螺母和第二螺母对喷层表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加水平拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱滑动；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属施加拉力为T2时，此时混凝土箱滑动；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，Tf/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对喷层施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
vi.进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci；
(四)喷层与岩体的接触面处于垂直的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)混凝土喷层施加及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土喷层施加，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；将喷层喷入混凝土箱，进行喷层表面处理，便于后期施加表面压力，待喷层凝固到待测试龄期；
4)挡板及加压装置固定：加压装置的固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待喷层达到待测试龄期后，固定好混凝土箱的金属盖板，将混凝土箱固定螺栓松开，此时，混凝土箱在喷层与岩体接触作用下保持稳定；若混凝土箱不能维持稳定，则说明接触面粘聚力较低，接触面粘结力ci小于如下值，此情况下，接触面强度较低，需对接触面进行处理：
ci<(G箱+G混)/S箱
其中，G箱为混凝土箱重力，G混为混凝土箱中浇筑的混凝土重力，S箱为混凝土箱面积，即混凝土与测试面接触的面积；
ii.上述混凝土箱稳定的情况下，利用加压装置的第一螺母和第二螺母对喷层表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属挂拉力为T2时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，(Tf+G箱+G混)/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对喷层表面施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci。
本发明提供一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置及测试方法，所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置包括混凝土箱，所述混凝土箱内填充混凝土，所述混凝土箱的两侧设有固定装置，所述固定装置与混凝土箱之间可拆卸，所述固定装置固定至岩体或者喷层的表面上；所述混凝土箱的与岩体或者喷层的表面的接触侧以及与该侧的相对侧为镂空面；所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置还包括加压装置，所述加压装置包括金属压板和设置在金属压板上的固定杆，所述固定杆上设有压力传感器，所述压力传感器用于测量施加至金属压板上的作用力，所述金属压板用于朝向岩体或者喷层的表面抵住混凝土箱内的混凝土。本发明所提供的混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置解决混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度不便原位测定的问题。
附图说明
图1为本发明所提供的混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置的立体图；
图2为固定装置的图示；
图3为混凝土箱的图示；
图4为金属盖板的连接关系图示；
图5为金属盖板的打开图示；
图6为挡板的图示；
图7为固定杆上部件的连接关系图示；
图中：110-混凝土箱；111-U形金属板；112-金属盖板；113-固定卡扣；114-转轴；115-限位杆；116-固定螺母；120-固定装置；121-侧板；122-固定板；123-限位槽；124-螺孔；125-挂钩；130-加压装置；131-金属压板；132-固定杆；133-压力传感器；134-挡板；134a-限位孔；135-第一螺母；136-第一垫片；137-第二垫片；138-第二螺母。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，包括混凝土箱110，混凝土箱110内填充混凝土，混凝土箱110的两侧设有固定装置120，固定装置120与混凝土箱110之间可拆卸，固定装置120固定至岩体或者喷层的表面上；混凝土箱110的与岩体或者喷层的表面的接触侧以及与该侧的相对侧为镂空面；混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置还包括加压装置130，加压装置130包括金属压板131和设置在金属压板131上的固定杆132，固定杆132上设有压力传感器133，压力传感器133用于测量施加至金属压板131上的作用力，金属压板131用于朝向岩体或者喷层的表面抵住混凝土箱110内的混凝土。
在本实施例中：混凝土箱110包括U形金属板111和金属盖板112，U形金属板111作为混凝土箱110的箱体，金属盖板112和U形金属板111的连接位置处交错设置固定卡扣113，固定卡扣113交错地设置在金属盖板112和U形金属板111上，固定卡扣113内穿过转轴114。
在本实施例中：混凝土箱110的固定侧上设有相对布置的两对限位杆115，限位杆115上设有固定螺母116；混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置的固定装置120包括侧板121和固定板122，侧板121垂直地设置在固定板122上，侧板121上设有限位槽123，侧板121上的限位槽123用于穿过限位杆115且以固定螺母116将混凝土箱110固定至固定装置120的侧板121上，固定板122用于将混凝土箱110和侧板121固定至岩体或者喷层的表面上。
在本实施例中：固定板122上设有螺孔124，螺孔124内设有穿入至岩体或者喷层的膨胀螺丝。
在本实施例中：混凝土箱110的非固定侧中的一侧设有挂钩125，挂钩125用于固定重物或者施加拉力。
在本实施例中：混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置还设有挡板134，挡板134固定至固定装置120的侧板121上且挡板134与金属压板131的平面相平行，挡板134的中央设有用于穿过固定杆132的限位孔134a，固定杆132的底部与金属压板131之间设有压力传感器133，固定杆132的中部自下而上依次设有第一螺母135、第一垫片136、第二垫片137和第二螺母138，第一垫片136和第二垫片137分别设置在挡板134的两侧且分别抵住挡板134以分别形成第一螺母135和第二螺母138的限位。当然在其他的实施例中：还可以将压力传感器133设置在固定杆132的中部且处于第一垫片136和第二垫片137的中间抑或者是第一螺母135和第一垫片136抑或者第二垫片137和第二螺母138的中间，也即是处于第一螺母135和第二螺母138之间的任意位置同时第一垫片136和第二垫片137将始终处于挡板134的两侧，这样能够使得固定杆132和金属压板131之间能够形成完整的结构，从而增强固定杆132和金属压板131之间的连接强度。在实际使用中，将第二螺母138放松，给予第一螺母135一定的行程距离，然后放松第一螺母135以向挡板134挤压压力传感器133，挡板134将压力反作用至固定杆132，并将力传递至挤压在混凝土上的金属压板131上。
一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试方法，基于前文所述的混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，并包括如下步骤：
(一)混凝土与喷层的接触面或混凝土与岩体的接触面处于垂直的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)挡板及加压装置固定：加压装置的固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
4)混凝土浇筑及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土浇筑，混凝土浇筑时，首先在混凝土箱与加压装置的金属压板之间设置一木模板，避免混凝土砂浆从缝隙流出，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；打开混凝土箱的金属盖板后，将混凝土注入混凝土箱，进行振捣后，待混凝土凝固到待测试龄期；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待混凝土达到待测试龄期后，固定好混凝土箱的金属盖板，将混凝土箱固定螺栓松开，此时，混凝土箱在混凝土与测试面接触作用下保持稳定；若混凝土箱不能维持稳定，则说明接触面粘聚力较低，接触面粘结力ci小于如下值，此情况下，接触面强度较低，需对接触面进行处理：
ci<(G箱+G混)/S箱
其中，G箱为混凝土箱的重力，G混为混凝土箱中浇筑的混凝土的重力，S箱为混凝土箱面积，即混凝土与测试面的接触面积；
ii.上述混凝土箱稳定的情况下，利用加压装置的第一螺母和第二螺母对混凝土表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属挂拉力为T2时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，(Tf+G箱+G混)/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对混凝土施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
vi.进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci；
(二)混凝土与喷层的接触面或混凝土与岩体的接触面处于水平的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)混凝土浇筑及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土浇筑，混凝土浇筑时，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；将混凝土注入混凝土箱，进行振捣后，待混凝土凝固到待测试龄期；
4)挡板及加压装置固定：加压装置固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待混凝土达到待测试龄期后，将混凝土箱固定螺栓松开；
ii.利用加压装置的第一螺母和第二螺母对混凝土表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加水平拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱滑动；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属施加拉力为T2时，此时混凝土箱滑动；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，Tf/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对混凝土施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
vi.进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci；
(三)喷层与岩体的接触面处于水平的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)混凝土喷层施加及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土喷层施加，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；将喷层喷入混凝土箱，进行喷层表面处理，便于后期施加表面压力，待喷层凝固到待测试龄期；
4)挡板及加压装置固定：加压装置的固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待喷层达到待测试龄期后，将混凝土箱固定螺栓松开；
ii.利用加压装置的第一螺母和第二螺母对喷层表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加水平拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱滑动；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属施加拉力为T2时，此时混凝土箱滑动；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，Tf/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对喷层施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
vi.进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci；
(四)喷层与岩体的接触面处于垂直的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)混凝土喷层施加及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土喷层施加，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；将喷层喷入混凝土箱，进行喷层表面处理，便于后期施加表面压力，待喷层凝固到待测试龄期；
4)挡板及加压装置固定：加压装置的固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待喷层达到待测试龄期后，固定好混凝土箱的金属盖板，将混凝土箱固定螺栓松开，此时，混凝土箱在喷层与岩体接触作用下保持稳定；若混凝土箱不能维持稳定，则说明接触面粘聚力较低，接触面粘结力ci小于如下值，此情况下，接触面强度较低，需对接触面进行处理：
ci<(G箱+G混)/S箱
其中，G箱为混凝土箱重力，G混为混凝土箱中浇筑的混凝土重力，S箱为混凝土箱面积，即混凝土与测试面接触的面积；
ii.上述混凝土箱稳定的情况下，利用加压装置的第一螺母和第二螺母对喷层表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属挂拉力为T2时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，(Tf+G箱+G混)/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对喷层表面施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，其特征在于：所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置包括混凝土箱，所述混凝土箱内填充混凝土，所述混凝土箱的两侧设有固定装置，所述固定装置与混凝土箱之间可拆卸，所述固定装置固定至岩体或者喷层的表面上；所述混凝土箱的与岩体或者喷层的表面的接触侧以及与该侧的相对侧为镂空面；所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置还包括加压装置，所述加压装置包括金属压板和设置在金属压板上的固定杆，所述固定杆上设有压力传感器，所述压力传感器用于测量施加至金属压板上的作用力，所述金属压板用于朝向岩体或者喷层的表面抵住混凝土箱内的混凝土；
所述混凝土箱包括U形金属板和金属盖板，所述U形金属板作为混凝土箱的箱体，所述金属盖板和U形金属板的连接位置处交错设置固定卡扣，所述固定卡扣交错地设置在金属盖板和U形金属板上，所述固定卡扣内穿过转轴；
所述混凝土箱的固定侧上设有相对布置的至少一对限位杆，所述限位杆上设有固定螺母；所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置的固定装置包括侧板和固定板，所述侧板垂直地设置在固定板上，所述侧板上设有限位槽，所述侧板上的限位槽用于穿过限位杆且以固定螺母将混凝土箱固定至固定装置的侧板上，所述固定板用于将混凝土箱和侧板固定至岩体或者喷层的表面上。
2.根据权利要求1所述的混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，其特征在于：所述固定板上设有螺孔，所述螺孔内设有穿入至岩体或者喷层的膨胀螺丝。
3.根据权利要求1所述的混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，其特征在于：所述混凝土箱的非固定侧中的一侧设有挂钩，所述挂钩用于固定重物或者施加拉力。
4.根据权利要求1所述的混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，其特征在于：所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置还设有挡板，所述挡板固定至固定装置的侧板上且所述挡板与金属压板的平面相平行，所述挡板的中央设有用于穿过固定杆的限位孔，所述固定杆的底部与金属压板之间设有压力传感器，所述固定杆的中部自下而上依次设有第一螺母、第一垫片、第二垫片和第二螺母，所述第一垫片和第二垫片分别设置在挡板的两侧且分别抵住挡板以分别形成第一螺母和第二螺母的限位。
5.根据权利要求1所述的混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，其特征在于：所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置还设有用于穿过固定杆的限位孔，所述固定装置的侧板上固定有挡板且所述挡板与金属压板的平面相平行，所述挡板的中央设有限位孔，所述固定杆的中部自下而上依次设有第一螺母、第一垫片、压力传感器、第二垫片和第二螺母，所述第一垫片和压力传感器设置在挡板的一侧，所述第二垫片设置在挡板的另一侧，所述压力传感器和第二垫片分别抵住挡板。
6.一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试方法，其特征在于：所述混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试方法基于权利要求1-5中任意一项所述的混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置，并包括如下步骤：
(一)混凝土与喷层的接触面或混凝土与岩体的接触面处于垂直的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)挡板及加压装置固定：加压装置的固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
4)混凝土浇筑及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土浇筑，混凝土浇筑时，首先在混凝土箱与加压装置的金属压板之间设置一木模板，避免混凝土砂浆从缝隙流出，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；打开混凝土箱的金属盖板后，将混凝土注入混凝土箱，进行振捣后，待混凝土凝固到待测试龄期；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待混凝土达到待测试龄期后，固定好混凝土箱的金属盖板，将混凝土箱固定螺栓松开，此时，混凝土箱在混凝土与测试面接触作用下保持稳定；若混凝土箱不能维持稳定，则说明接触面粘聚力较低，接触面粘结力ci小于如下值，此情况下，接触面强度较低，需对接触面进行处理：
ci<(G箱+G混)/S箱
其中，G箱为混凝土箱的重力，G混为混凝土箱中浇筑的混凝土的重力，S箱为混凝土箱面积，即混凝土与测试面的接触面积；
ii.上述混凝土箱稳定的情况下，利用加压装置的第一螺母和第二螺母对混凝土表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属挂拉力为T2时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，(Tf+G箱+G混)/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对混凝土施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
vi.进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci；
(二)混凝土与喷层的接触面或混凝土与岩体的接触面处于水平的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)混凝土浇筑及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土浇筑，混凝土浇筑时，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；将混凝土注入混凝土箱，进行振捣后，待混凝土凝固到待测试龄期；
4)挡板及加压装置固定：加压装置固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待混凝土达到待测试龄期后，将混凝土箱固定螺栓松开；
ii.利用加压装置的第一螺母和第二螺母对混凝土表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加水平拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱滑动；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属施加拉力为T2时，此时混凝土箱滑动；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，Tf/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对混凝土施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
vi.进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci；
(三)喷层与岩体的接触面处于水平的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)混凝土喷层施加及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土喷层施加，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；将喷层喷入混凝土箱，进行喷层表面处理，便于后期施加表面压力，待喷层凝固到待测试龄期；
4)挡板及加压装置固定：加压装置的固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待喷层达到待测试龄期后，将混凝土箱固定螺栓松开；
ii.利用加压装置的第一螺母和第二螺母对喷层表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加水平拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱滑动；
iii.另一装置及试验上施加压力P2，混凝土箱金属施加拉力为T2时，此时混凝土箱滑动；
iv.根据τf＝ci+σ*tan(φi)关系，
可得，Tf/S箱＝ci+(Ps/S箱)*tan(φi)
其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对喷层施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
v.根据ii-iii步骤的试验结果，可求解出ci及φi；
vi.进行多组试验时，可绘制τf与σ关系曲线，曲线斜率为tan(φi)，截距为ci；
(四)喷层与岩体的接触面处于垂直的情况下，采用如下方法：
1)选定测试位置：根据需要测试的接触面，选取不受日常施工影响的位置进行测定；
2)固定装置及混凝土箱安装：混凝土箱的限位杆通过固定装置的限位槽，将固定装置利用膨胀螺丝固定于测试位置，将混凝土箱固定螺栓拧紧，固定混凝土箱；
3)混凝土喷层施加及等强：完成仪器各部分固定后，进行混凝土喷层施加，可在混凝土箱子内侧涂油，便于试验完成脱模；将喷层喷入混凝土箱，进行喷层表面处理，便于后期施加表面压力，待喷层凝固到待测试龄期；
4)挡板及加压装置固定：加压装置的固定杆通过挡板的限位孔，将挡板与固定装置固定；
5)上述步骤根据测试需要，可设置多组同时进行，建议设置3-4组；
6)接触面抗剪强度测试：
i.待喷层达到待测试龄期后，固定好混凝土箱的金属盖板，将混凝土箱固定螺栓松开，此时，混凝土箱在喷层与岩体接触作用下保持稳定；若混凝土箱不能维持稳定，则说明接触面粘聚力较低，接触面粘结力ci小于如下值，此情况下，接触面强度较低，需对接触面进行处理：
ci<(G箱+G混)/S箱
其中，G箱为混凝土箱重力，G混为混凝土箱中浇筑的混凝土重力，S箱为混凝土箱面积，即混凝土与测试面接触的面积；
ii.上述混凝土箱稳定的情况下，利用加压装置的第一螺母和第二螺母对喷层表面施加一压力P1，在混凝土箱金属挂钩处施加拉力T，当拉力达到T1时，此时混凝土箱失稳，混凝土箱下滑；
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其中，τf为破坏时剪应力，Tf为破坏时拉力值，Ps为对喷层表面施加的压力，σ为接触面法向应力，ci为接触面黏聚力，φi为接触面摩擦角；
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