CN116754468B - 一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置，包括工作台，工作台设有多级顶升装置；还包括环形板，环形板上侧同轴固定连接密封环，环形板上侧设有环形槽，环形槽内插接有环形试件；工作台一侧固定连接竖板，竖板固定连接环形壳体，环形壳体内填充有腐蚀液，环形壳体内圈设置通槽，环形壳体内圈竖向滑动连接圆环筒。本发明通过顶升油缸的托板先拖着环形板上升，将环形板的环形试件推送到位，随后顶升横杆将圆环筒往上提升，利用单独的顶升油缸分阶段实现多级顶升的效果，一方面比两个单独的直线推动元件，结构占用空间小，另一方面不需要分别控制，操作便捷。

Description

一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置

技术领域

本发明涉及围岩混凝土喷层性能试验技术领域，尤其涉及一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置。

背景技术

隧道喷射混凝土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，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，未将喷层和围岩视为研究整体，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。

针对于此，现有技术中如专利公告号为CN113720760A的试验装置，公开了将围岩试件置入腐蚀液内浸泡的方式进行试验，而实际隧道施工过程中，是由于围岩内裂隙中腐蚀水往混凝土喷层和围岩内壁结合处带压渗出，造成混凝土喷层掉落失效，直接浸泡的方式不能直观的模拟这一渗透原理，采用全浸泡的方式，试验环境过于苛刻，且没有模拟出这一特定的原理，性价比不足，不便于选出适宜的混凝土喷层。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置，包括工作台，工作台设有多级顶升装置；

还包括环形板，环形板上侧同轴固定连接密封环，环形板上侧设有环形槽，环形槽内插接有环形试件；

工作台一侧固定连接竖板，竖板固定连接环形壳体，环形壳体内壁固定连接水压传感器，环形壳体内填充有腐蚀液，环形壳体内圈设置通槽，环形壳体内圈竖向滑动连接圆环筒；

多级顶升装置先顶升环形板，且密封环对环形壳体底部密封，多级顶升装置后顶升圆环筒，使得腐蚀液接触环形试件外壁。

优选地，所述多级顶升装置包括顶升油缸，顶升油缸固定连接在工作台底部，顶升油缸的伸缩杆固定连接凸台，顶升油缸的伸缩杆的上端滑动连接托板，托板与凸台之间固定连接支撑弹簧；

托板用于支托环形板，顶升油缸的伸缩杆能够依次由环形板、环形试件内孔穿过；

圆环筒上端固定连接圆环板，圆环板与环形壳体之间固定连接第一弹簧，圆环板内壁固定连接横杆，横杆与顶升油缸的伸缩杆对应设置。

优选地，所述工作台上侧转动连接转盘，转盘至少设置两个工位槽，环形板滑动连接在工位槽内，工位槽呈台阶式，且工位槽的槽底设置避让孔；

工作台内固定连接驱动电机，驱动电机主轴设置减速机，减速机的输出轴与转盘固定连接。

优选地，所述圆环筒内部设有环形空腔，圆环筒的内圈内壁设有若干通孔，通孔与环形空腔连通，圆环筒的内圈内壁固定连接海绵层，海绵层内径小于环形试件外径；

通孔的表面设有凸出的密封圈，环形试件压在密封圈便对该通孔形成密封，圆环筒的内壁下端固定连接橡胶圈。

优选地，所述圆环筒的外壁至少固定连接两个侧板，每个侧板滑动连接导向杆，导向杆上端设置挡板，挡板与侧板之间固定连接第二弹簧，导向杆下端固定连接支撑环，支撑环外侧包裹橡胶层，支撑环与圆环筒同轴并对环形空腔下端封闭；

所述环形壳体的内腔顶部设有环状腔，所述环状腔与支撑环对应设置，环形壳体设有排气孔，排气孔与环状腔流通，环形壳体上侧固定连接单向补气阀。

优选地，所述支撑环上侧设有坡面，坡面的低端位于支撑环最外圈。

优选地，所述单向补气阀包括圆管，圆管下端固定连接堵板，圆管侧面设有补气孔，圆管外侧包裹橡胶套，橡胶套覆盖补气孔。

本发明的优点在于：本发明所提供的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置通过顶升油缸的托板先拖着环形板上升，将环形板的环形试件推送到位，环形板受环形壳体的底面限位后停止，顶升油缸进一步伸长，此时托板静止且顶升油缸的伸缩杆单独进一步上升，顶升油缸的伸缩杆穿过环形板、环形试件内孔后接触到横杆，通过顶升横杆将圆环筒往上提升，利用单独的顶升油缸分阶段实现多级顶升的效果，一方面比两个单独的直线推动元件，结构占用空间小，另一方面不需要分别控制，操作便捷。

本发明能够由外部环绕腐蚀液，模拟实际隧道承受围岩裂隙水压对混凝土喷层的破坏作用，从而相对于现有技术中完全浸泡到腐蚀液中的方式，更贴合实际。

本发明的圆环筒和支撑环构成活塞，将外界空气抽入环形壳体内，当圆环筒和支撑环下降，支撑环的外壁与环状腔内壁接触形成密封，随后圆环筒和支撑环下降，且只需顶升油缸达到最大顶升行程后，回退一个高度，利用第一弹簧的回缩力，对环形壳体内形成空间形成压缩，无需额外配置加压气缸，使得腐蚀液受压往环形试件的裂隙内钻入，从而往混凝土喷层和环形试件的结合面渗入，直接作用到结合面，从而检验混凝土喷层的粘聚力，贴合实际工况进行试验，从而便于科学检验混凝土喷层的质量；在该试验过程中，实现腐蚀液的接触-隔绝、腐蚀液加压渗透、腐蚀液在混凝土喷层表面影响等综合。

附图说明

图1是本发明的基本结构示意图；

图2是本发明的半剖结构示意图；

图3是本发明中环形壳体与圆环筒连接结构的半剖示意图；

图4是图3中的E处局部放大图；

图5是图4中的F处局部放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-5所示，本发明提供的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置，包括工作台1，工作台1设有多级顶升装置；

还包括环形板3，环形板3上侧同轴固定连接密封环31，环形板3上侧设有环形槽311，环形槽311内插接有环形试件4；

工作台1一侧固定连接竖板5，竖板5固定连接环形壳体6，环形壳体6内壁固定连接水压传感器，环形壳体6内填充有腐蚀液，环形壳体6内圈设置通槽，环形壳体6内圈竖向滑动连接圆环筒7；

腐蚀液的配置和环形试件4的制备，如专利文献CN113720760A公开的方式获得，环形试件4获取后采用人工方式制造裂纹，环形试件4内侧喷涂混凝土，模拟围岩加固。

多级顶升装置先顶升环形板3，且密封环31对环形壳体6底部密封，多级顶升装置后顶升圆环筒7，使得腐蚀液接触环形试件4外壁。

在本发明中，多级顶升装置为两个分开的液压杆、电动推杆或气缸等直线推动元件，例如采用气缸，第一气缸将环形板3和环形试件4往上顶升，环形试件4进入环形壳体6内且位于圆环筒7内，环形板3上侧的密封环31配合环形试件4对环形壳体6的内孔下端形成封闭，随后第二气缸将圆环筒7抬升，环形壳体6内填充的腐蚀液便环绕环形试件4，能够由外部环绕腐蚀液，模拟实际隧道承受围岩裂隙水压对混凝土喷层的破坏作用，从而相对于现有技术中完全浸泡到腐蚀液中的方式，更贴合实际。

环形试件4的外侧浸泡后，通过第二气缸将圆环筒7下降，圆环筒7对环形壳体6的内腔与环形试件4形成隔绝，随后环形试件4下降后，腐蚀液不会漏出，便于重复对多个试样进行试验，环形试件4外侧浸泡后，环形试件4内部的混凝土喷层可以通过拉力计测试混凝土的剥离力等现有测试方式进行分项测试，从而不需要排空腐蚀液，便可以依次进行多个试样试验，从而提高试验效率。

作为本发明的一种实施方式，所述多级顶升装置包括顶升油缸2，顶升油缸2固定连接在工作台1底部，顶升油缸2的伸缩杆固定连接凸台21，顶升油缸2的伸缩杆的上端滑动连接托板22，托板22与凸台21之间固定连接支撑弹簧23；

托板22用于支托环形板3，顶升油缸2的伸缩杆能够依次由环形板3、环形试件4内孔穿过；

圆环筒7上端固定连接圆环板8，圆环板8与环形壳体6之间固定连接第一弹簧81，圆环板8内壁固定连接横杆82，横杆82与顶升油缸2的伸缩杆对应设置。

在本发明中，顶升油缸2的托板22先拖着环形板3上升，将环形板3的环形试件4推送到位，环形板3受环形壳体6的底面限位后停止，顶升油缸2进一步伸长，此时托板22静止且顶升油缸2的伸缩杆单独进一步上升，顶升油缸2的伸缩杆穿过环形板3、环形试件4内孔后接触到横杆82，通过顶升横杆82将圆环筒7往上提升，利用单独的顶升油缸2分阶段实现多级顶升的效果，一方面比两个单独的直线推动元件，结构占用空间小，另一方面不需要分别控制，操作便捷。

在结束对环形试件4的浸泡后，顶升油缸2的伸缩杆下降，在第一弹簧81的作用下，圆环筒7先下降并隔绝环形壳体6和环形试件4，随着顶升油缸2进一步回缩，环形试件4在重力作用下和环形板3一同回退到初始位置，便于后续移走环形试件4。

作为本发明的一种实施方式，所述工作台1上侧转动连接转盘11，转盘11至少设置两个工位槽12，环形板3滑动连接在工位槽12内，工位槽12呈台阶式，且工位槽12的槽底设置避让孔，工作台1内固定连接驱动电机13，驱动电机13主轴设置减速机14，减速机14的输出轴与转盘11固定连接。

在本发明中，转盘11上的工位槽12内放置隧道不同位置选取的环形试件4，随着转盘11的转动并暂停，顶升油缸2由转盘11的底部将正上方工位槽12内的环形板3和环形试件4顶升到环形壳体6内进行试验，并在试验后可以转换工位，从而便于提高多个环形试件4的试验效率。

作为本发明的一种实施方式，所述圆环筒7内部设有环形空腔71，圆环筒7的内圈内壁设有若干通孔72，通孔72与环形空腔71连通，圆环筒7的内圈内壁固定连接海绵层721，海绵层721内径小于环形试件4外径；

通孔72的表面设有凸出的密封圈，环形试件4压在密封圈便对该通孔72形成密封，圆环筒7的内壁下端固定连接橡胶圈711，圆环筒7升高后，橡胶圈711接触环形试件4外壁的上部形成密封，从而加压的腐蚀液由环形试件4体表的裂缝往内渗入；环形试件4相对上升时，挤压穿过橡胶圈711，橡胶圈711弹性套在环形试件4外，圆环筒7受自重和第一弹簧81的弹性束缚，不会受环形试件4的插入影响，圆环筒7相对静止，使得环形试件4可以在圆环筒7内单独上升，当环形试件4完全进入到位后，顶升油缸2的伸缩杆挤压到横杆82，此时环形试件4相对静止，圆环筒7和橡胶圈711相对环形试件4形成上升，橡胶圈711最终移动到环形试件4的上端并形成密封。

在本发明中，环形试件4外侧受腐蚀液浸泡完成后，圆环筒7下降并隔绝环形试件4和环形壳体6内的腐蚀液，环形试件4退出圆环筒7的过程中，海绵层721便于吸附环形试件4表面的腐蚀液，避免腐蚀液滴落，当环形试件4逐渐下降，上方的海绵层721逐渐失去环形试件4的挤压而弹性复位形成吸水效果，可以做到吸附环形试件4表面的腐蚀液；

下一个环形试件4进入圆环筒7内对海绵层721形成挤压，海绵层721受压并挤出腐蚀液，腐蚀液一部分由通孔72进入环形空腔71内，另一部分顺着环形试件4的内壁流淌，少量腐蚀液被环形试件4的内壁喷涂的混凝土吸附，且实际的工程状况便是，围岩内部水由裂隙往隧道内渗入，破坏混凝土喷层，且存在混凝土喷层表面由于局部防护失效而造成混凝土喷层水流侵扰，从而本发明更加符合实际的工程状况，明显优于现有浸泡试验的装置。

作为本发明的一种实施方式，所述圆环筒7的外壁至少固定连接两个侧板73，每个侧板73滑动连接导向杆74，导向杆74上端设置挡板75，挡板75与侧板73之间固定连接第二弹簧76，导向杆74下端固定连接支撑环77，支撑环77外侧包裹橡胶层，支撑环77与圆环筒7同轴并对环形空腔71下端封闭；

所述环形壳体6的内腔顶部设有环状腔78，所述环状腔78与支撑环77对应设置，环形壳体6设有排气孔79，排气孔79与环状腔78流通，环形壳体6上侧固定连接单向补气阀，所述单向补气阀包括圆管91，圆管91下端固定连接堵板，圆管91侧面设有补气孔，圆管91外侧包裹橡胶套92，橡胶套92覆盖补气孔，当环形壳体6内腔由于支撑环77进入环状腔78内，环形壳体6的内腔扩张从而使得外界大气压顶开橡胶套92，对环形壳体6内补气，当支撑环77下降，相对于对环形壳体6内加压，橡胶套92覆盖圆管91的补气孔，形成单向补气的作用，支撑环77下降，对环形壳体6内加压，使得环形壳体6内的腐蚀液往环形试件4的缝隙内渗入，对环形试件4内部的混凝土涂层形成侵害，模拟实际工程中，岩体内水由缝隙往隧道内侵入的工况，从而更加贴合实际。

所述支撑环77上侧设有坡面771，坡面771的低端位于支撑环77最外圈，便于当支撑环77下降离开环形空腔71下端时，环形空腔71内暂存的由海绵层721挤出的腐蚀液，重新回到环形壳体6内。

在本发明中，单独上升的顶升油缸2的伸缩杆，通过横杆82将圆环筒7往上顶升，在支撑环77进入环状腔78内先同步上升，单向补气阀向环形壳体6补气，随着导向杆74上端的挡板75遇到环状腔78顶壁后限位，支撑环77与环形空腔71下端分开，环形空腔71内暂存的由海绵层721挤出的腐蚀液，流到支撑环77的边缘，便于后期下降时重新回到环形壳体6内。

由于圆环筒7和支撑环77构成活塞，将外界空气抽入环形壳体6内，当圆环筒7和支撑环77下降，支撑环77的外壁与环状腔78内壁接触形成密封，随后圆环筒7和支撑环77下降，且只需顶升油缸2达到最大顶升行程后，回退一个高度，利用第一弹簧81的回缩力，对环形壳体6内形成空间形成压缩，无需额外配置加压气缸，使得腐蚀液受压往环形试件4的裂隙内钻入，从而往混凝土喷层和环形试件4的结合面渗入，直接作用到结合面，从而检验混凝土喷层的粘聚力，贴合实际工况进行试验，从而便于科学检验混凝土喷层的质量；在该试验过程中，实现腐蚀液的接触-隔绝、腐蚀液加压渗透、腐蚀液在混凝土喷层表面影响等多层效果，从而优于常规浸泡试验。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置，包括工作台（1），其特征在于：工作台（1）设有多级顶升装置；

还包括环形板（3），环形板（3）上侧同轴固定连接密封环（31），环形板（3）上侧设有环形槽（311），环形槽（311）内插接有环形试件（4）；

工作台（1）一侧固定连接竖板（5），竖板（5）固定连接环形壳体（6），环形壳体（6）内壁固定连接水压传感器，环形壳体（6）内填充有腐蚀液，环形壳体（6）内圈设置通槽，环形壳体（6）内圈竖向滑动连接圆环筒（7）；

多级顶升装置先顶升环形板（3），且密封环（31）对环形壳体（6）底部密封，多级顶升装置后顶升圆环筒（7），使得腐蚀液接触环形试件（4）外壁；

所述圆环筒（7）内部设有环形空腔（71），圆环筒（7）的内圈内壁设有若干通孔（72），通孔（72）与环形空腔（71）连通，圆环筒（7）的内圈内壁固定连接海绵层（721），海绵层（721）内径小于环形试件（4）外径；

通孔（72）的表面设有凸出的密封圈，圆环筒（7）的内壁下端固定连接橡胶圈（711）；

所述圆环筒（7）的外壁至少固定连接两个侧板（73），每个侧板（73）滑动连接导向杆（74），导向杆（74）上端设置挡板（75），挡板（75）与侧板（73）之间固定连接第二弹簧（76），导向杆（74）下端固定连接支撑环（77），支撑环（77）外侧包裹橡胶层，支撑环（77）与圆环筒（7）同轴并对环形空腔（71）下端封闭；

所述环形壳体（6）的内腔顶部设有环状腔（78），所述环状腔（78）与支撑环（77）对应设置，环形壳体（6）设有排气孔（79），排气孔（79）与环状腔（78）流通，环形壳体（6）上侧固定连接单向补气阀。

2.根据权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置，其特征在于：所述多级顶升装置包括顶升油缸（2），顶升油缸（2）固定连接在工作台（1）底部，顶升油缸（2）的伸缩杆固定连接凸台（21），顶升油缸（2）的伸缩杆的上端滑动连接托板（22），托板（22）与凸台（21）之间固定连接支撑弹簧（23）；

托板（22）用于支托环形板（3），顶升油缸（2）的伸缩杆能够依次由环形板（3）、环形试件（4）内孔穿过；

圆环筒（7）上端固定连接圆环板（8），圆环板（8）与环形壳体（6）之间固定连接第一弹簧（81），圆环板（8）内壁固定连接横杆（82），横杆（82）与顶升油缸（2）的伸缩杆对应设置。

3.根据权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置，其特征在于：所述工作台（1）上侧转动连接转盘（11），转盘（11）至少设置两个工位槽（12），环形板（3）滑动连接在工位槽（12）内，工位槽（12）呈台阶式，且工位槽（12）的槽底设置避让孔；

工作台（1）内固定连接驱动电机（13），驱动电机（13）主轴设置减速机（14），减速机（14）的输出轴与转盘（11）固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置，其特征在于：所述支撑环（77）上侧设有坡面（771），坡面（771）的低端位于支撑环（77）最外圈。

5.根据权利要求1所述的一种隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟试验装置，其特征在于：所述单向补气阀包括圆管（91），圆管（91）下端固定连接堵板，圆管（91）侧面设有补气孔，圆管（91）外侧包裹橡胶套（92），橡胶套（92）覆盖补气孔。