[发明专利]一种基于混凝土导电特性测试立井混凝土内井壁的受力与变形的方法

说明书

本发明公开了一种基于混凝土导电特性测试立井混凝土内井壁的受力与变形的方法，适用于新建井混凝土内井壁的无损受力与变形测试。在立井混凝土内井壁受力大和常见的破坏位置的立井混凝土内井壁中添加短碳纤维，使局部立井混凝土内井壁本身具有导电性特性和自身感知受力特性；基于受压变形电阻显著变化的原理，采用专门设计扫描测试电路和无线传输技术，实现对立井混凝土内井壁受力状况和损伤程度进行无损在线诊断检测。该技术改变原来测试技术的被动和点测试的不确定性，减小测试误差，加入碳纤维可以改善混凝土的抗拉、抗折性能，不降低内井壁的强度和安全性，具有：施工简便、性价比高、测试精度高等多重优点。

技术领域

本发明涉及一种基于混凝土导电特性测试立井混凝土内井壁的受力与变形的方法，尤其适用于建立井混凝土内井壁的受力与变形的无损测试，

背景技术

立井井筒是煤矿生产最关键部位，其安全稳定是保证整个煤矿安全生产的前提。而立井在穿越复杂特殊地层导致了立井井壁的荷载难以准确合理确定，随着地层深度增加，按照《煤矿立井井筒及硐室设计规范》(GB50384-2016)井壁设计厚度不断增加，进一步增加了立井井筒的建设成本、施工难度和安全隐患。其核心问题就是井壁的荷载不明确，而一味放大和折减井壁外荷载在工程建设中都是不可取的。

目前传统的井壁测试方法主要包括以下方案：

(1)立井井筒内表面安装表面应变计：该方案对井壁的扰动小，可以获得立井井壁内表面的变形与受力，但是受到测点数量限制，只能获得局部点的变形与受力，仍然需要通过一定简化的数学模型来反演出井壁的受力，而此类表面应变计多是安装在相对完整的井壁位置对于已经破裂和破裂后的井壁荷载的估算的可靠性差；

(2)立井井壁内部安装应变计：该方案对井壁的扰动大，可以获得立井井壁三维变形与受力状态，但是同样受限于测点数量不足和安装位置的限制，对于已经破裂和破裂后的井壁荷载的评价的准确性差；

(3)立井井壁水、土压力直接测试：只适用于新建井筒，在施工期间井壁与围岩之间埋设土压力计和水压力计直接测试立井混凝土内井壁水、土压力，这是最直接的测试方法，但是由于多数采用冻结法双层井壁施工方案，施工期间的传感器的测试数据难以获得，且之后传感器不可修复，目前直接实测的数据匮乏难以直接支撑井壁设计方案的优化。

综上所示，传统的测试方案要么不能直接测试立井井筒的受力状态，要么测试方法对立井井筒的扰动大，要么受到手工条件限制难以获得全寿命周期的测试数据，目前迫切需要一种全方位的立井混凝土内井壁应力状况无损测试方案。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提出一种基于混凝土导电特性测试立井混凝土内井壁的受力与变形的方法，既能达到全方位的立井混凝土内井壁应力状况测试，同时又能尽量减少对井壁损伤的测试方案，改善改变传统的被动和点测试的不确定性，减小测试误差。

技术方案：本发明的一种基于混凝土导电特性测试立井混凝土内井壁的受力与变形的方法：在测试层位立井混凝土内井壁浇筑时，采用先掺法制作导电混凝土，在搅拌混凝土前先配制分散的短碳纤维溶液，然后将干料混合拌匀后，用短碳纤维溶液代替拌合水缓慢倒入搅拌机中，继续搅拌形成混凝土浆料，再浇筑入模，最后振捣成型后脱模养护，形成具有导电性特性和自身感知受力特性的导电混凝土内井壁；在浇筑混凝土之前预埋多个紫铜电极，每个紫铜电极均采用紫铜导线连接形成的扫描测试电路，并在立井混凝土井壁受力大和常见的破坏位置设置自动数据采集装置，通过间隔布置在井壁内侧的多个无线传输模块将采集到的信息传输给井口数据采集电脑；具体步骤如下：

a.首先计算出导电混凝土的段高总的混凝土的用量，采用混凝土搅拌站每次的搅拌量为0.5m³/斗，计算出每次搅拌导电混凝土的配比；