[发明专利]一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置及方法

说明书

本发明公开了一种描述混凝土‑围岩粘结面压剪损伤的装置及方法，其装置包括混凝土‑围岩试件、裂缝张口位移计和轴向引伸计；所述混凝土‑围岩试件包括固定相连的岩石样品和喷射混凝土，所述岩石样品和喷射混凝土的连接面呈斜面，且连接面处安装有所述裂缝张口位移计；所述混凝土‑围岩试件两端设有轴向引伸计夹头，两个所述轴向引伸计夹头间安装有若干轴向引伸计。本发明能够用于分析混凝土‑围岩试件轴向应变、剪切位移的应变率效应，压剪损伤的机理，以及压剪损伤的定位和定量表征。

技术领域

本发明属于混凝土结构与材料技术领域，具体涉及一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置及方法。

背景技术

输水隧洞开挖过程中，为了维持围岩稳定，需要在开挖后及时施作喷射混凝土支护结构。在较高地应力作用下围岩结构的不稳定性，使得喷射混凝土与围岩粘结后处于复杂的受力状态。实际工程中，由于喷射施工工艺限制，混凝土-围岩粘结界面往往是最薄弱的位置，在地质灾害的各种频率的动荷载作用下容易发生界面损伤破坏，由于地应力的作用，隧洞围岩与喷射混凝土界面常常遭受压缩和剪切两种应力的共同作用。因此，研究压剪荷载作用下输水隧洞混凝土-围岩粘结面的损伤机理、损伤位置以及荷载与损伤值的定量关系等对评估输水隧洞初期支护结构抵抗地质灾害的性能尤为重要。

然而，目前的试验装置一般是通过施加一定的轴向压应力的同时，进行直剪试验测试剪切强度。这种试验装置及方法的不足之处是不能对压应力和剪应力同应变率变化进行测试，也不能对加载过程中的开裂损伤位置进行定位，没有对输水隧洞混凝土或围岩在不同应变率压剪荷载作用下的损伤机理进行分析。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置及方法，用于分析混凝土-围岩试件轴向应变、剪切位移的应变率效应，压剪损伤的机理，以及压剪损伤的定位和定量表征。

本发明提供了如下的技术方案：

一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的装置，包括混凝土-围岩试件、裂缝张口位移计和轴向引伸计；

所述混凝土-围岩试件包括固定相连的岩石样品和喷射混凝土，所述岩石样品和喷射混凝土的连接面呈斜面，且连接面处安装有所述裂缝张口位移计；

所述混凝土-围岩试件两端设有轴向引伸计夹头，两个所述轴向引伸计夹头间安装有若干轴向引伸计。

优选的，还包括安装于所述混凝土-围岩试件表面的钢箍，所述钢箍上设有均匀分布的固定孔洞，所述固定孔洞内安装有声发射探头。

优选的，所述声发射探头通过传感器盖帽压实于所述固定孔洞内。

优选的，所述钢箍包括与水平面平行安装的水平钢箍以及与所述岩石样品和喷射混凝土的连接面平行安装的斜向钢箍。

优选的，所述钢箍的开口端以带弹簧的螺杆和螺帽固定连接。

优选的，所述混凝土-围岩试件呈圆柱形且径高比为1：2，所述岩石样品和喷射混凝土连接面的斜坡度为15-60°。

优选的，所述混凝土-围岩试件的两端均设有钢盘，所述轴向引伸计夹头安装于所述钢盘上；所述轴向引伸计的数量为3个且均匀安装于所述轴向引伸计夹头间。

优选的，所述裂缝张口位移计安装于位移计夹头上，所述位移计夹头包括两个分别安装于所述岩石样品和喷射混凝土上的位移计夹片；所述位移计夹头的数量为两个，分别安装于所述岩石样品和喷射混凝土连接面的最低处和最高处。

一种描述混凝土-围岩粘结面压剪损伤的方法，包括以下步骤：

制作一端面倾斜的岩石样品，在倾斜面喷射与岩石样品等厚度的喷射混凝土，获得混凝土-围岩试件；

对加载前的混凝土-围岩试件进行高精度CT测试并记录界面断层数据；