CN113720760A - 一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法 - Google Patents

一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，该方法包括以下步骤：一、隧道围岩混凝土喷层试件的制备；二、腐蚀溶液的配制；三、试件放置和腐蚀溶液注入；四、试验环境和围压调节；五、隧道围岩混凝土喷层试件腐蚀模拟试验。本发明设计合理，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层耐腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。

Description

一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法
技术领域
本发明属于隧道围岩混凝土喷层模拟试验技术领域，尤其是涉及一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法。
背景技术
随着“新奥法”的广泛推广，隧道喷射混凝土相关研究取得了长足发展，则研究重点主要集中在喷射支护力学机理、材料特性、喷射技术及工程应用等方面，相对而言，关于喷射混凝土与围岩的粘结性能研究尚不够深入，且相关研究主要针对喷射混凝土材料本身，未将喷层-围岩视为研究整体，没有着重考虑二者接触界面力学性能及外界环境(主要针对腐蚀性水)影响效应。因此，开展腐蚀性水作用下隧道围岩-混凝土喷层粘结性能试验及其劣化机理研究显得尤为紧迫和必要。针对于此，在试验过程中对隧道围岩-混凝土喷层进行人工模拟环境是必不可少的关键环节，如何有效的利用腐蚀性水对隧道围岩-混凝土喷层进行加速腐蚀，这一问题的提出对环境试验设备提出了更严格的要求。
在传统腐蚀工艺中，是将试样直接浸泡在装有腐蚀液的容器内，所得结果与试验结果偏差较大，对于隧道围岩-混凝土喷层这一二元体来说，因为很多因素都会影响最后的腐蚀结果，比如腐蚀液的温度，周围的压力以及搅拌方式等，从而影响其试验质量。
因此，迫切需要一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层耐腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其设计合理，操作便捷，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层耐腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，该方法所采用的装置包括腐蚀溶液模拟箱、氮气供给机构、二氧化碳供给机构和监控模块，所述腐蚀溶液模拟箱包括供盛装腐蚀溶液的耐腐蚀箱体、设置在耐腐蚀箱体顶部的箱盖和设置在耐腐蚀箱体底部供放置隧道围岩混凝土喷层试件的旋转部件，所述耐腐蚀箱体中设置有温度调节部件，所述二氧化碳供给机构包括二氧化碳罐体和与所述二氧化碳罐体连接的输送泵，所述输送泵和耐腐蚀箱体连接，所述氮气供给机构包括氮气罐体，所述氮气罐体和耐腐蚀箱体连接，所述耐腐蚀箱体上设置有两组带动所述腐蚀溶液循环的循环泵机构；所述监控模块包括监控箱和设置在所述监控箱中的微控制器，以及设置在耐腐蚀箱体内的温度传感器、压力传感器和液位传感器，所述温度传感器、压力传感器和液位传感器的输出端均与微控制器的输入端连接，所述旋转电机由微控制器进行控制；其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、隧道围岩混凝土喷层试件的制备：
步骤101、在隧道所处区域获取隧道围岩体；
步骤102、在隧道围岩体上喷涂混凝土，形成混凝土喷层；
步骤103、在室温环境下对混凝土喷层进行养护，得到隧道围岩混凝土喷层试件；
步骤二、腐蚀溶液的配制：
步骤201、在隧道所处区域开挖过程中得到排出水；
步骤202、采用离子分析仪对排出水进行检测得到排出水的PH值PH0和离子种类；
步骤203、根据排出水的PH值PH0和离子种类，配置第1个腐蚀溶液、第2个腐蚀溶液和第3个腐蚀溶液；
步骤三、试件放置和腐蚀溶液注入：
步骤301、将隧道围岩混凝土喷层试件放置在所述旋转部件中的转盘上，并通过L形限位板固定隧道围岩混凝土喷层试件；
步骤302、将步骤203中的第i个腐蚀溶液通过进液管注入到耐腐蚀箱体中，直至液位传感器检测到的液位满足液位试验要求值；其中，i的取值为1,2,3；
步骤四、试验环境和围压调节：
步骤401、操作第三阀门、第四阀门、排气阀打开，氮气罐体的氮气通过第三输送管向耐腐蚀箱体中输入氮气，以排出耐腐蚀箱体中的空气；
步骤402、操作第三阀门和第四阀门关闭，操作第一阀门和第二阀门打开，输送泵工作，二氧化碳罐体中的二氧化碳依次通过第一输送管、输送泵和第二输送管向耐腐蚀箱体中输入二氧化碳，以排出耐腐蚀箱体中的氮气；
步骤403、操作排气阀关闭，二氧化碳罐体中的二氧化碳依次通过第一输送管、输送泵和第二输送管继续向耐腐蚀箱体中输入二氧化碳，直至压力传感器检测到的压力满足围压试验要求值；
步骤404、通过所述温度调节部件中进冷水管通入冷却水至盘管对耐腐蚀箱体内部进行降温，或者通过所述温度调节部件中进热水管通入加热水至盘管对耐腐蚀箱体内部进行升温，以使温度传感器检测到的温度满足隧道所处区域围岩的环境温度；
步骤五、隧道围岩混凝土喷层试件腐蚀模拟试验：
步骤501、操作隧道围岩混凝土喷层试件旋转，同时操作循环泵机构工作；
步骤502、待达到第一个试验时间t1后，对隧道围岩混凝土喷层试件完成第1次腐蚀模拟试验，操作排气阀打开，以排出耐腐蚀箱体中的二氧化碳；
从耐腐蚀箱体中取出隧道围岩混凝土喷层试件，并获取第一个试验时间t1后隧道围岩混凝土喷层试件的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力；
步骤503、K次重复步骤三至步骤502，对隧道围岩混凝土喷层试件进行第K次腐蚀模拟试验，待达到第K个试验时间tK后，得到第K个试验时间tK后隧道围岩混凝土喷层试件的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力；其中，K表示试验的总次数；第一个试验时间t1至第K个试验时间tK的取值均为3days～30days。
上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述旋转部件包括设置在耐腐蚀箱体底部内且供放置隧道围岩混凝土喷层试件的转盘、与转盘底部连接且穿过耐腐蚀箱体底部的转轴和与转轴伸出端连接的旋转电机；
两组所述循环泵机构对称布设，两组所述循环泵机构结构相同，每组所述组循环泵机构均包括依次连接的下循环管、循环阀、过渡循环管、循环泵和上循环管，所述上循环管的高度高于下循环管的高度，所述下循环管和耐腐蚀箱体侧面底部连接，所述上循环管和耐腐蚀箱体侧面中部连接。
上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：步骤501中操作隧道围岩混凝土喷层试件旋转，同时操作循环泵机构工作，具体过程如下：
微控制器通过电机驱动器控制旋转电机转动，旋转电机转动通过转轴带动转盘旋转，转盘旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件旋转；
同时，操作循环阀打开，循环泵工作，耐腐蚀箱体中底部的腐蚀溶液依次通过下循环管、循环阀、过渡循环管、循环泵和上循环管输送至耐腐蚀箱体中部，以促进腐蚀溶液循环流动，将腐蚀溶液中的气泡快速排除。
上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：步骤101中所述隧道围岩体为长方体；步骤102中混凝土喷层的厚度为50mm～60mm；步骤103中养护时间为20天～30天，且隧道围岩混凝土喷层试件为正方体；
步骤103中隧道围岩混凝土喷层试件的长×宽×高为100mm×100mm×100mm，隧道围岩混凝土喷层试件中混凝土喷层的厚度和隧道围岩体的厚度相同；
步骤203中第1个腐蚀溶液、第2个腐蚀溶液和第3个腐蚀溶液的离子种类和排出水的离子种类相同，第1个腐蚀溶液的PH值记作PH1，第2个腐蚀溶液的PH值记作PH2和第3个腐蚀溶液的PH值记作作PH3，且PH2＝PH0，PH1＜PH0，PH3＞PH0。
上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：在旋转电机通过转盘旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件旋转的过程中，转速传感器对旋转电机转速进行检测，并将检测到的转速发送至微控制器，微控制器控制显示屏进行显示，直至转速满足转速试验要求值；
当需要增加隧道围岩混凝土喷层试件旋转速度时，微控制器通过电机驱动器控制旋转电机转速增加，旋转电机转动通过转轴带动转盘旋转，转盘旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件旋转速度增加；
当需要减小隧道围岩混凝土喷层试件旋转速度时，微控制器通过电机驱动器控制旋转电机转速减小，旋转电机转动通过转轴带动转盘旋转，转盘旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件旋转速度减小。
上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述二氧化碳罐体和输送泵之间设置有第一输送管，所述输送泵和耐腐蚀箱体之间设置有第二输送管，所述第一输送管上设置有第一阀门，所述第二输送管上设置有压力释放阀和第二阀门；
所述氮气罐体和耐腐蚀箱体之间设置有第三输送管，所述第三输送管上设置有第三阀门和第四阀门。
上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述温度调节部件包括设置在耐腐蚀箱体中上部的盘管、与盘管的进入口连接的三通接头，以及与三通接头连接的进冷水管和进热水管，所述盘管的回水口连接回水箱。
上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述监控箱上设置有显示屏和报警器，所述显示屏和报警器均由微控制器进行控制，所述微控制器的输出端接有电机驱动器，所述电机驱动器的输出端和旋转电机的输入端连接。
上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述耐腐蚀箱体底部外设置有供旋转电机安装的电机支架，所述耐腐蚀箱体底部外四角设置有支腿；
所述箱盖和耐腐蚀箱体顶部的连接处设置有密封圈，以使箱盖和耐腐蚀箱体围设成密闭空腔。
上述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述箱盖的顶部设置有把手，所述箱盖中设置有与所述密闭空腔连通的排气管，所述排气管上设置有排气阀；
所述耐腐蚀箱体的底部设置有排液管，所述排液管上设置有排液阀。
所述转盘上设置有多个对隧道围岩混凝土喷层试件进行限位固定的L形限位板。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明方法步骤简单、设计合理且安装布设简便，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。
2、本发明通过氮气供给机构向耐腐蚀箱体中输入氮气，以排出耐腐蚀箱体中的空气；通过二氧化碳供给机构向耐腐蚀箱体中输入二氧化碳以排出耐腐蚀箱体中的氮气，并通过继续输入二氧化碳，以调节耐腐蚀箱体中的压力。
3、本发明通过温度调节部件，对耐腐蚀箱体进行降温或者升温，以调节耐腐蚀箱体中的温度，以使隧道围岩混凝土喷层试件所处环境的温度能够调节。
4、本发明很好地模拟了外部环境条件，且提高了模拟外部环境的准确性；另外，在一定围压和相对的温度环境下对隧道围岩混凝土喷层试件进行模拟腐蚀，重现隧道围岩混凝土喷层在一定时间范围内所遭受的破坏程度以及抗剪强度和内粘聚力等力学参数的变化。
5、本发明既能通过旋转部件带动隧道围岩混凝土喷层试件的旋转，加速了腐蚀试验操作；又能便于通过隧道围岩混凝土喷层试件的旋转带动耐腐蚀箱体中腐蚀溶液流动，以使耐腐蚀箱体中腐蚀溶液的流动速度符合开挖隧道实际现场的水流速度。
6、本发明通过循环泵机构使耐腐蚀箱体中腐蚀溶液利用循环泵机构在循环通道中循环流动，将隧道围岩混凝土喷层试件腐蚀反应过程中所产生的气泡快速排除，提高了后续各项力学参数获取的准确。
7、本发明隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法操作简便且使用效果好，首先是隧道围岩混凝土喷层试件的制备，其次是腐蚀溶液的配制，然后是试件放置和腐蚀溶液注入，最后试验环境和围压调节完成后进行隧道围岩混凝土喷层试件腐蚀模拟试验，得到各个设定试验时间后隧道围岩混凝土喷层试件的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力，从而为混凝土喷层的使用寿命提供分析依据。
综上所述，本发明设计合理，操作便捷，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层耐腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明所采用装置的结构示意图。
图2为本发明腐蚀溶液模拟箱的结构示意图。
图3为本发明所采用装置的电路原理框图。
图4为本发明的流程框图。
附图标记说明:
1—转盘； 1-1—转轴； 1-2—联轴器；
1-3—旋转电机； 1-4—电机支架； 2—支腿；
3—把手； 4—循环泵机构； 4-1—下循环管；
4-2—循环阀； 4-3—过渡循环管； 4-4—循环泵；
4-5—上循环管； 5—盘管； 5-1—三通接头；
5-2—进冷水管； 5-3—进热水管； 6—压力传感器；
7—温度传感器； 8—监控箱； 8-1—微控制器；
8-2—显示屏； 8-3—电机驱动器； 8-4—报警器；
9—耐腐蚀箱体； 9-1—进液管； 10—二氧化碳罐体；
10-1—第一输送管； 10-2—第一阀门； 11—输送泵；
12—氮气罐体； 12-1—第三输送管； 12-2—第三阀门；
12-3—第四阀门； 13—压力释放阀； 14—箱盖；
15—排气管； 15-1—排气阀； 16-1—第二输送管；
16-2—第二阀门； 17—密封圈； 18—L形限位板；
19—隧道围岩混凝土喷层试件； 20—排液管；
20-1—排液阀； 21—液位传感器； 22—转速传感器。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明所采用的装置包括腐蚀溶液模拟箱、氮气供给机构、二氧化碳供给机构和监控模块，所述腐蚀溶液模拟箱包括供盛装腐蚀溶液的耐腐蚀箱体9、设置在耐腐蚀箱体9顶部的箱盖14和设置在耐腐蚀箱体9底部供放置隧道围岩混凝土喷层试件19的旋转部件，所述耐腐蚀箱体9中设置有温度调节部件，所述二氧化碳供给机构包括二氧化碳罐体10和与所述二氧化碳罐体10连接的输送泵11，所述输送泵11和耐腐蚀箱体9连接，所述氮气供给机构包括氮气罐体12，所述氮气罐体12和耐腐蚀箱体9连接，所述耐腐蚀箱体9上设置有两组带动所述腐蚀溶液循环的循环泵机构4；所述监控模块包括监控箱8和设置在所述监控箱8中的微控制器8-1，以及设置在耐腐蚀箱体9内的温度传感器7、压力传感器6和液位传感器21，所述温度传感器7、压力传感器6和液位传感器21的输出端均与微控制器8-1的输入端连接，所述旋转电机1-3由微控制器8-1进行控制；其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、隧道围岩混凝土喷层试件的制备：
步骤101、在隧道所处区域获取隧道围岩体；
步骤102、在隧道围岩体上喷涂混凝土，形成混凝土喷层；
步骤103、在室温环境下对混凝土喷层进行养护，得到隧道围岩混凝土喷层试件19；
步骤二、腐蚀溶液的配制：
步骤201、在隧道所处区域开挖过程中得到排出水；
步骤202、采用离子分析仪对排出水进行检测得到排出水的PH值PH0和离子种类；
步骤203、根据排出水的PH值PH0和离子种类，配置第1个腐蚀溶液、第2个腐蚀溶液和第3个腐蚀溶液；
步骤三、试件放置和腐蚀溶液注入：
步骤301、将隧道围岩混凝土喷层试件19放置在所述旋转部件中的转盘1上，并通过L形限位板18固定隧道围岩混凝土喷层试件19；
步骤302、将步骤203中的第i个腐蚀溶液通过进液管9-1注入到耐腐蚀箱体9中，直至液位传感器21检测到的液位满足液位试验要求值；其中，i的取值为1,2,3；
步骤四、试验环境和围压调节：
步骤401、操作第三阀门12-2、第四阀门12-3、排气阀15-1打开，氮气罐体12的氮气通过第三输送管12-1向耐腐蚀箱体9中输入氮气，以排出耐腐蚀箱体9中的空气；
步骤402、操作第三阀门12-2和第四阀门12-3关闭，操作第一阀门10-2和第二阀门16-2打开，输送泵11工作，二氧化碳罐体10中的二氧化碳依次通过第一输送管10-1、输送泵11和第二输送管16-1向耐腐蚀箱体9中输入二氧化碳，以排出耐腐蚀箱体9中的氮气；
步骤403、操作排气阀15-1关闭，二氧化碳罐体10中的二氧化碳依次通过第一输送管10-1、输送泵11和第二输送管16-1继续向耐腐蚀箱体9中输入二氧化碳，直至压力传感器6检测到的压力满足围压试验要求值，则关闭第一阀门10-2和第二阀门16-2；
步骤404、通过所述温度调节部件中进冷水管5-2通入冷却水至盘管5对耐腐蚀箱体9内部进行降温，或者通过所述温度调节部件中进热水管5-3通入加热水至盘管5对耐腐蚀箱体9内部进行升温，以使温度传感器7检测到的温度满足隧道所处区域围岩的环境温度；
步骤五、隧道围岩混凝土喷层试件腐蚀模拟试验：
步骤501、操作隧道围岩混凝土喷层试件19旋转，同时操作循环泵机构工作；
步骤502、待达到第一个试验时间t1后，对隧道围岩混凝土喷层试件19完成第1次腐蚀模拟试验，操作排气阀15-1打开，以排出耐腐蚀箱体9中的二氧化碳；
从耐腐蚀箱体9中取出隧道围岩混凝土喷层试件19，并获取第一个试验时间t1后隧道围岩混凝土喷层试件19的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力；
步骤503、K次重复步骤三至步骤502，对隧道围岩混凝土喷层试件19进行第K次腐蚀模拟试验，待达到第K个试验时间tK后，得到第K个试验时间tK后隧道围岩混凝土喷层试件19的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力；其中，K表示试验的总次数；第一个试验时间t1至第K个试验时间tK的取值均为3days～30days。
本实施例中，所述旋转部件包括设置在耐腐蚀箱体9底部内且供放置隧道围岩混凝土喷层试件19的转盘1、与转盘1底部连接且穿过耐腐蚀箱体9底部的转轴1-1和与转轴1-1伸出端连接的旋转电机1-3；
两组所述循环泵机构4对称布设，两组所述循环泵机构4结构相同，每组所述组循环泵机构4均包括依次连接的下循环管4-1、循环阀4-2、过渡循环管4-3、循环泵4-4和上循环管4-5，所述上循环管4-5的高度高于下循环管4-1的高度，所述下循环管4-1和耐腐蚀箱体9侧面底部连接，所述上循环管4-5和耐腐蚀箱体9侧面中部连接。
本实施例中，步骤501中操作隧道围岩混凝土喷层试件19旋转，同时操作循环泵机构工作，具体过程如下：
微控制器8-1通过电机驱动器8-3控制旋转电机1-3转动，旋转电机1-3转动通过转轴1-1带动转盘1旋转，转盘1旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件19旋转；
同时，操作循环阀4-2打开，循环泵4-4工作，耐腐蚀箱体9中底部的腐蚀溶液依次通过下循环管4-1、循环阀4-2、过渡循环管4-3、循环泵4-4和上循环管4-5输送至耐腐蚀箱体9中部，以促进腐蚀溶液循环流动，将腐蚀溶液中的气泡快速排除。
本实施例中，步骤101中所述隧道围岩体为长方体；步骤102中混凝土喷层的厚度为50mm～60mm；步骤103中养护时间为20天～30天，且隧道围岩混凝土喷层试件19为正方体；
步骤103中隧道围岩混凝土喷层试件19的长×宽×高为100mm×100mm×100mm，隧道围岩混凝土喷层试件19中混凝土喷层的厚度和隧道围岩体的厚度相同；
步骤203中第1个腐蚀溶液、第2个腐蚀溶液和第3个腐蚀溶液的离子种类和排出水的离子种类相同，第1个腐蚀溶液的PH值记作PH1，第2个腐蚀溶液的PH值记作PH2和第3个腐蚀溶液的PH值记作作PH3，且PH2＝PH0，PH1＜PH0，PH3＞PH0。
本实施例中，在旋转电机1-3通过转盘1旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件19旋转的过程中，转速传感器22对旋转电机1-3转速进行检测，并将检测到的转速发送至微控制器40，微控制器40控制显示屏8-2进行显示，直至转速满足转速试验要求值；
当需要增加隧道围岩混凝土喷层试件19旋转速度时，微控制器8-1通过电机驱动器8-3控制旋转电机1-3转速增加，旋转电机1-3转动通过转轴1-1带动转盘1旋转，转盘1旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件19旋转速度增加；
当需要减小隧道围岩混凝土喷层试件19旋转速度时，微控制器8-1通过电机驱动器8-3控制旋转电机1-3转速减小，旋转电机1-3转动通过转轴1-1带动转盘1旋转，转盘1旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件19旋转速度减小。
本实施例中，所述二氧化碳罐体10和输送泵11之间设置有第一输送管10-1，所述输送泵11和耐腐蚀箱体9之间设置有第二输送管16-1，所述第一输送管10-1上设置有第一阀门10-2，所述第二输送管16-1上设置有压力释放阀13和第二阀门16-2；
所述氮气罐体12和耐腐蚀箱体9之间设置有第三输送管12-1，所述第三输送管12-1上设置有第三阀门12-2和第四阀门12-3。
本实施例中，所述温度调节部件包括设置在耐腐蚀箱体9中上部的盘管5、与盘管5的进入口连接的三通接头5-1，以及与三通接头5-1连接的进冷水管5-2和进热水管5-3，所述盘管5的回水口连接回水箱。
本实施例中，所述监控箱8上设置有显示屏8-2和报警器8-4，所述显示屏8-2和报警器8-4均由微控制器8-1进行控制，所述微控制器8-1的输出端接有电机驱动器8-3，所述电机驱动器8-3的输出端和旋转电机1-3的输入端连接。
本实施例中，所述耐腐蚀箱体9底部外设置有供旋转电机1-3安装的电机支架1-4，所述耐腐蚀箱体9底部外四角设置有支腿2；
所述箱盖14和耐腐蚀箱体9顶部的连接处设置有密封圈17，以使箱盖14和耐腐蚀箱体9围设成密闭空腔。
本实施例中，所述箱盖14的顶部设置有把手3，所述箱盖14中设置有与所述密闭空腔连通的排气管15，所述排气管15上设置有排气阀15-1；
所述耐腐蚀箱体9的底部设置有排液管20，所述排液管20上设置有排液阀20-1。
所述转盘1上设置有多个对隧道围岩混凝土喷层试件19进行限位固定的L形限位板18。
本实施例中，步骤102中混凝土喷层的厚度可以根据施工实际要求进行调整。
本实施例中，步骤401中输入氮气的时间为30min～40min，步骤402中输入二氧化碳的时间为10min～20min。
本实施例中，需要说明的是，第1个腐蚀溶液、第2个腐蚀溶液和第3个腐蚀溶液均属于酸性或者均属于碱性。
本实施例中，第三阀门12-2靠近氮气罐体12布设，第四阀门12-3靠近耐腐蚀箱体9布设。
本实施例中，设置压力释放阀13，是为了大量气体压力累积过大时的泄压。
本实施例中，实际连接时，所述旋转电机1-3的输出轴通过联轴器1-2和转轴1-1伸出端传动连接，且所述转轴1-1和耐腐蚀箱体9底部的底部连接处设置有密封件。
本实施例中，实际使用时，设置排液管20，便于试验结束后操作排液阀20-1打开，排空耐腐蚀箱体9的腐蚀溶液。
本实施例中，温度传感器7、压力传感器6和液位传感器21均为耐腐蚀温度传感器、耐腐蚀压力传感器和耐腐蚀液位传感器。
本实施例中，微控制器8-1为单片机或者ARM微控制器等。
本实施例中，实际使用时，所述转速传感器22可参考编码器，所述编码器和旋转电机1-3可采用一体集成的，即自带编码器的步进电机。
本实施例中，设置显示屏8-2，是为了温度传感器7、压力传感器6和液位传感器21分别检测到的温度、压力和液位数据发送至微控制器8-1时，微控制器8-1控制显示屏8-2对温度、压力和液位数据进行显示，便于试验人员查看；另外设置报警器8-4，是为了当检测到的温度不符合温度试验要求值、压力不符合围压试验要求值和液位数据不符合液位试验要求值时，进行报警提示。
综上所述，本发明设计合理，操作便捷，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层耐腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，该方法所采用的装置包括腐蚀溶液模拟箱、氮气供给机构、二氧化碳供给机构和监控模块，所述腐蚀溶液模拟箱包括供盛装腐蚀溶液的耐腐蚀箱体(9)、设置在耐腐蚀箱体(9)顶部的箱盖(14)和设置在耐腐蚀箱体(9)底部供放置隧道围岩混凝土喷层试件(19)的旋转部件，所述耐腐蚀箱体(9)中设置有温度调节部件，所述二氧化碳供给机构包括二氧化碳罐体(10)和与所述二氧化碳罐体(10)连接的输送泵(11)，所述输送泵(11)和耐腐蚀箱体(9)连接，所述氮气供给机构包括氮气罐体(12)，所述氮气罐体(12)和耐腐蚀箱体(9)连接，所述耐腐蚀箱体(9)上设置有两组带动所述腐蚀溶液循环的循环泵机构(4)；所述监控模块包括监控箱(8)和设置在所述监控箱(8)中的微控制器(8-1)，以及设置在耐腐蚀箱体(9)内的温度传感器(7)、压力传感器(6)和液位传感器(21)，所述温度传感器(7)、压力传感器(6)和液位传感器(21)的输出端均与微控制器(8-1)的输入端连接，所述旋转电机(1-3)由微控制器(8-1)进行控制；其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、隧道围岩混凝土喷层试件的制备：
步骤101、在隧道所处区域获取隧道围岩体；
步骤102、在隧道围岩体上喷涂混凝土，形成混凝土喷层；
步骤103、在室温环境下对混凝土喷层进行养护，得到隧道围岩混凝土喷层试件(19)；
步骤二、腐蚀溶液的配制：
步骤201、在隧道所处区域开挖过程中得到排出水；
步骤202、采用离子分析仪对排出水进行检测得到排出水的PH值PH0和离子种类；
步骤203、根据排出水的PH值PH0和离子种类，配置第1个腐蚀溶液、第2个腐蚀溶液和第3个腐蚀溶液；
步骤三、试件放置和腐蚀溶液注入：
步骤301、将隧道围岩混凝土喷层试件(19)放置在所述旋转部件中的转盘(1)上，并通过L形限位板(18)固定隧道围岩混凝土喷层试件(19)；
步骤302、将步骤203中的第i个腐蚀溶液通过进液管(9-1)注入到耐腐蚀箱体(9)中，直至液位传感器(21)检测到的液位满足液位试验要求值；其中，i的取值为1,2,3；
步骤四、试验环境和围压调节：
步骤401、操作第三阀门(12-2)、第四阀门(12-3)、排气阀(15-1)打开，氮气罐体(12)的氮气通过第三输送管(12-1)向耐腐蚀箱体(9)中输入氮气，以排出耐腐蚀箱体(9)中的空气；
步骤402、操作第三阀门(12-2)和第四阀门(12-3)关闭，操作第一阀门(10-2)和第二阀门(16-2)打开，输送泵(11)工作，二氧化碳罐体(10)中的二氧化碳依次通过第一输送管(10-1)、输送泵(11)和第二输送管(16-1)向耐腐蚀箱体(9)中输入二氧化碳，以排出耐腐蚀箱体(9)中的氮气；
步骤403、操作排气阀(15-1)关闭，二氧化碳罐体(10)中的二氧化碳依次通过第一输送管(10-1)、输送泵(11)和第二输送管(16-1)继续向耐腐蚀箱体(9)中输入二氧化碳，直至压力传感器(6)检测到的压力满足围压试验要求值；
步骤404、通过所述温度调节部件中进冷水管(5-2)通入冷却水至盘管(5)对耐腐蚀箱体(9)内部进行降温，或者通过所述温度调节部件中进热水管(5-3)通入加热水至盘管(5)对耐腐蚀箱体(9)内部进行升温，以使温度传感器(7)检测到的温度满足隧道所处区域围岩的环境温度；
步骤五、隧道围岩混凝土喷层试件腐蚀模拟试验：
步骤501、操作隧道围岩混凝土喷层试件(19)旋转，同时操作循环泵机构工作；
步骤502、待达到第一个试验时间t1后，对隧道围岩混凝土喷层试件(19)完成第1次腐蚀模拟试验，操作排气阀(15-1)打开，以排出耐腐蚀箱体(9)中的二氧化碳；
从耐腐蚀箱体(9)中取出隧道围岩混凝土喷层试件(19)，并获取第一个试验时间t1后隧道围岩混凝土喷层试件(19)的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力；
步骤503、K次重复步骤三至步骤502，对隧道围岩混凝土喷层试件(19)进行第K次腐蚀模拟试验，待达到第K个试验时间tK后，得到第K个试验时间tK后隧道围岩混凝土喷层试件(19)的腐蚀量、抗剪强度和内粘聚力；其中，K表示试验的总次数；第一个试验时间t1至第K个试验时间tK的取值均为3days～30days。
2.按照权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述旋转部件包括设置在耐腐蚀箱体(9)底部内且供放置隧道围岩混凝土喷层试件(19)的转盘(1)、与转盘(1)底部连接且穿过耐腐蚀箱体(9)底部的转轴(1-1)和与转轴(1-1)伸出端连接的旋转电机(1-3)；
两组所述循环泵机构(4)对称布设，两组所述循环泵机构(4)结构相同，每组所述组循环泵机构(4)均包括依次连接的下循环管(4-1)、循环阀(4-2)、过渡循环管(4-3)、循环泵(4-4)和上循环管(4-5)，所述上循环管(4-5)的高度高于下循环管(4-1)的高度，所述下循环管(4-1)和耐腐蚀箱体(9)侧面底部连接，所述上循环管(4-5)和耐腐蚀箱体(9)侧面中部连接。
3.按照权利要求2所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：步骤501中操作隧道围岩混凝土喷层试件(19)旋转，同时操作循环泵机构工作，具体过程如下：
微控制器(8-1)控制旋转电机(1-3)转动，旋转电机(1-3)转动通过转轴(1-1)带动转盘(1)旋转，转盘(1)旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件(19)旋转；
同时，操作循环阀(4-2)打开，循环泵(4-4)工作，耐腐蚀箱体(9)中底部的腐蚀溶液依次通过下循环管(4-1)、循环阀(4-2)、过渡循环管(4-3)、循环泵(4-4)和上循环管(4-5)输送至耐腐蚀箱体(9)中部，以促进腐蚀溶液循环流动，将腐蚀溶液中的气泡快速排除。
4.按照权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：步骤101中所述隧道围岩体为长方体；步骤102中混凝土喷层的厚度为50mm～60mm；步骤103中养护时间为20天～30天，且隧道围岩混凝土喷层试件(19)为正方体；
步骤103中隧道围岩混凝土喷层试件(19)的长×宽×高为100mm×100mm×100mm，隧道围岩混凝土喷层试件(19)中混凝土喷层的厚度和隧道围岩体的厚度相同；
步骤203中第1个腐蚀溶液、第2个腐蚀溶液和第3个腐蚀溶液的离子种类和排出水的离子种类相同，第1个腐蚀溶液的PH值记作PH1，第2个腐蚀溶液的PH值记作PH2和第3个腐蚀溶液的PH值记作作PH3，且PH2＝PH0，PH1＜PH0，PH3＞PH0。
5.按照权利要求3所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：在旋转电机(1-3)通过转盘(1)旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件(19)旋转的过程中，转速传感器(22)对旋转电机(1-3)转速进行检测，并将检测到的转速发送至微控制器(40)，微控制器(40)控制显示屏(8-2)进行显示，直至转速满足转速试验要求值；
当需要增加隧道围岩混凝土喷层试件(19)旋转速度时，微控制器(8-1)通过电机驱动器(8-3)控制旋转电机(1-3)转速增加，旋转电机(1-3)转动通过转轴(1-1)带动转盘(1)旋转，转盘(1)旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件(19)旋转速度增加；
当需要减小隧道围岩混凝土喷层试件(19)旋转速度时，微控制器(8-1)通过电机驱动器(8-3)控制旋转电机(1-3)转速减小，旋转电机(1-3)转动通过转轴(1-1)带动转盘(1)旋转，转盘(1)旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件(19)旋转速度减小。
6.按照权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述二氧化碳罐体(10)和输送泵(11)之间设置有第一输送管(10-1)，所述输送泵(11)和耐腐蚀箱体(9)之间设置有第二输送管(16-1)，所述第一输送管(10-1)上设置有第一阀门(10-2)，所述第二输送管(16-1)上设置有压力释放阀(13)和第二阀门(16-2)；
所述氮气罐体(12)和耐腐蚀箱体(9)之间设置有第三输送管(12-1)，所述第三输送管(12-1)上设置有第三阀门(12-2)和第四阀门(12-3)。
7.按照权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述温度调节部件包括设置在耐腐蚀箱体(9)中上部的盘管(5)、与盘管(5)的进入口连接的三通接头(5-1)，以及与三通接头(5-1)连接的进冷水管(5-2)和进热水管(5-3)，所述盘管(5)的回水口连接回水箱。
8.按照权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述监控箱(8)上设置有显示屏(8-2)和报警器(8-4)，所述显示屏(8-2)和报警器(8-4)均由微控制器(8-1)进行控制，所述微控制器(8-1)的输出端接有电机驱动器(8-3)，所述电机驱动器(8-3)的输出端和旋转电机(1-3)的输入端连接。
9.按照权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述耐腐蚀箱体(9)底部外设置有供旋转电机(1-3)安装的电机支架(1-4)，所述耐腐蚀箱体(9)底部外四角设置有支腿(2)；
所述箱盖(14)和耐腐蚀箱体(9)顶部的连接处设置有密封圈(17)，以使箱盖(14)和耐腐蚀箱体(9)围设成密闭空腔。
10.按照权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验方法，其特征在于：所述箱盖(14)的顶部设置有把手(3)，所述箱盖(14)中设置有与所述密闭空腔连通的排气管(15)，所述排气管(15)上设置有排气阀(15-1)；
所述耐腐蚀箱体(9)的底部设置有排液管(20)，所述排液管(20)上设置有排液阀(20-1)。
所述转盘(1)上设置有多个对隧道围岩混凝土喷层试件(19)进行限位固定的L形限位板(18)。
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