[發明專利]加錨節理巖體在海水侵蝕下錨固銹蝕機理的研究系統及方法

有效

• 申請號: 201711386596.3
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN107894392B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 丁萬濤;陳瑞;李明江;劉克奇;史培賀;侯銘壘;朱建
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02;G01N15/08;G01N3/12;G01B7/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

1.一種加錨節理巖體在海水侵蝕下錨固銹蝕機理的研究系統的方法，采用一種加錨節理巖體在海水侵蝕下錨固銹蝕機理的研究系統，所述系統包括模型制備系統、加速腐蝕系統、力學實驗系統、數據采集分析系統以及加錨巖體海底隧道相似模型試驗系統，

所述模型制備系統用于制備在相似模型條件下的加錨節理巖體模型試件；

所述加速腐蝕系統對所述的加錨節理巖體模型試件進行電化學腐蝕，且通過該系統測得腐蝕電壓、電流與時間的數值關系；

所述力學實驗系統用于對腐蝕前、后的加錨節理巖體模型試件進行三軸壓縮滲透全破壞過程試驗；

所述數據采集分析系統用來獲取相關力學參數，并進行數據對比分析；

所述加錨巖體海底隧道相似模型試驗系統用于全面地研究在復雜應力狀態下加錨節理巖體腐蝕進程中錨固銹蝕損傷機理；

所述的研究系統進行海底隧道加錨節理巖體在海水長期侵蝕下的錨固銹蝕損傷演化機理的研究方法，其特征是：

包括以下步驟：

步驟1：實驗室測得巖體力學相關參數，并在模型相似比條件下制備加錨節理巖體模型試件并進行養護；

所述的方法，其特征在于，在模型制備系統制備試件前實驗室應測得巖石力學參數，利用實驗模型的幾何相似比C1、容重相似比CY，根據強度相似比CR＝C1×CY，彈性模量相似比CE＝C1×CY，制備試件并進行編號以及計算出原料配合比；

所述的方法，其特征在于，所述試件制備過程中模擬現場加錨環境，以水泥、砂、水、外加劑為材料通過調整配合比制備相似模型試件，試件中，以鋼筋作為錨桿模擬加錨條件；

步驟2：將模型試件置于不同的反應室中進行電化學加速腐蝕，測得電壓、電流相關參數，同時利用法拉第定律可得腐蝕量數據，數據顯示器則可實時顯示監測數據；

步驟3：將置于反應室中的模型試件取出處理后進行三軸壓縮滲透實驗，選取不同的圍壓和滲透壓力，同時開展相應未腐蝕的加錨巖體試驗，對實驗結果進行對比分析；

步驟4：進行加錨節理巖體海底隧道相似模型試驗，在模型試驗箱的頂部施加一定壓力的海水，模型內預埋多點位移計、微型壓力傳感器、微型滲壓計、光纖傳感器，實驗過程中監測加錨節理區腐蝕影響下的位移場、應力場及滲流場變化。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型制備系統，主要由底部鋼板，前置鋼板，后置鋼板，左置鋼板，右置鋼板構成的一個槽狀結構，其中左、右鋼板上有與底面呈一定角度且高度為板高一半的凹槽，該凹槽內插裝不銹鋼片；所述的前置鋼板上存在有洞口，以插入錨固鋼筋。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述鋼片的插裝角度選為45°同于模擬節理。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述加速腐蝕系統包括電化學反應站、反應室、數據顯示器；所述反應室包括Ⅰ室、Ⅱ室、Ⅲ室，三個反應室相對獨立，不同反應室氯離子濃度不同，所述的電化學反應站可實時監測電流、電壓情況，同時利用法拉第定律可得腐蝕量數據，數據顯示器則可實時顯示監測數據。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，在所述的反應室上安裝有聲發射裝置、光柵傳導裝置和CT實時掃描裝置，用于檢測試件初始應力發生時間、起始開裂時間、以及裂隙擴列到節理巖體臨界時間。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4中采用加錨巖體海底隧道相似模型試驗系統進行試驗，模型試驗主要由模型架、相似模型注漿體、人工開挖過程、支護結構組成，其中，模型架四周為鋼化透明玻璃，其中一面設有人工開挖開始時的孔洞，預設節理面位于注漿體內，在模型試驗頂部設置裝有海水的容器，可從頂部向注漿體注入一定壓力的海水，海水沿節理面滲透在注漿體內營造腐蝕環境，在注漿體內預埋包括但不限于多點位移計、微型壓力傳感器、微型滲壓計、光纖傳感器的監測元件；實驗開始，人工模擬在注漿體內進行開挖并進行錨桿支護，支護完成后，將錨桿設置為陽極，多點位移計設置為陰極，將兩者連接到電化學站進行電化學加速腐蝕，從而在加速腐蝕的實驗過程中監測加錨節理區腐蝕影響下的位移場、應力場及滲流場變化情況。

7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，反應室利用聲發射技術、光柵傳導技術和CT實時掃描，檢測試件初始應力發生時間、起始開裂時間、以及裂隙擴列到節理巖體臨界時間，選取不同時間拆樣、清洗、稱重并采用電鏡掃描和X射線熒光譜分析，建立銹蝕不同腐蝕度與氯離子濃度、腐蝕時間標定關系研究。