[發明專利]一種基于荷載與腐蝕耦合作用下的錨桿加載-腐蝕試驗裝置和方法

在審

• 申請號: 202110065660.8
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112763403A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 郭育霞;解文碩;冉洪宇;趙永輝;葉曉莉;王峰
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N3/56
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種基于荷載與腐蝕耦合作用下的錨桿加載-腐蝕試驗裝置，其特征在于：包括底座、靜載加載裝置、動載加載裝置、腐蝕槽及監測設備；

所述底座用于固定巖體試件靜載加載裝置及動載加載裝置，其中巖體試件和靜載加載裝置固定在底座中部，動載加載裝置固定于底座右端；

所述靜載加載裝置包括巖體加固支架和錨固荷載控制裝置；巖體加固支架垂直方向由四根高強角鋼圍固巖體試件，四根高強角鋼下端與底座通過螺栓固定連接，同時四根高強角鋼通過水平方向兩根高強螺桿和兩條帶狀鋼條加固，用于加固巖體；錨固荷載控制裝置位于錨桿自由端處，錨桿自由端處由內及外依次是鋼墊環、環狀荷載傳感器和高強法蘭螺母，通過擰緊高強法蘭螺母給錨桿施加拉拔力，同時應用環狀荷載傳感器對拉拔力大小實時監測，避免應力松弛引起荷載失恒；

所述動載加載裝置包括重力擺錘、機械齒輪及擺錘齒輪支架，其中重力擺錘敲擊端粘貼高密度橡膠緩沖墊，避免應力集中引起敲擊處局部受損，機械齒輪是通過電動機帶動固定齒輪轉軸轉動運行的，重力擺錘桿端頂部通過激光切割出斜面，由機械齒輪順時針旋轉帶動重力擺錘擺動，重力擺錘和機械齒輪均固定于擺錘齒輪支架上，其中重力擺錘為固定轉軸；

所述腐蝕槽是由鋼化玻璃鑄成的方槽，無底且無蓋，其中底面由酸性玻璃膠固定于巖體試件上表面，腐蝕槽底邊邊緣距離試件邊緣5mm；

所述監測設備包括聲發射監測系統、荷載監測系統、超聲波監測系統和數據信息處理系統；荷載傳感器置于錨桿自由端，荷載傳感器輸出端與荷載顯示器輸入端相連，聲發射傳感器粘貼于巖體試件兩側用于接收信號，聲發射傳感器輸出端與聲發射信號處理器輸入端連接，荷載顯示器的輸出端和聲發射信號處理器的輸出端與數據信息處理系統連接；超聲波信號發射端與超聲波信號接收端通過超聲波信號處理器連接。

2.根據權利要求1所述的基于荷載與腐蝕耦合作用下的錨桿加載-腐蝕試驗裝置，其特征在于：所述錨固荷載控制裝置中高強法蘭螺母法蘭盤外徑要與環狀荷載傳感器外徑尺寸一致。

3.根據權利要求1所述的基于荷載與腐蝕耦合作用下的錨桿加載-腐蝕試驗裝置，其特征在于：所述重力擺錘提供震動荷載，重力擺錘擺動的頻率及幅值由機械齒輪控制，其中通過電機控制齒輪轉速進而改變重力擺錘擺動頻率，通過控制齒輪齒牙長度即可控制重力擺錘在擺動過程中的下落高度，從而控制擺動幅值。

4.根據權利要求1所述的基于荷載與腐蝕耦合作用下的錨桿加載-腐蝕試驗裝置，其特征在于：所述腐蝕槽要每周更換溶液，以維持腐蝕性溶液中各離子濃度穩定。

5.一種基于荷載與腐蝕耦合作用下的錨桿加載-腐蝕試驗方法，采用權利要求1~4任一項所述的基于荷載與腐蝕耦合作用下的錨桿加載-腐蝕試驗裝置，其特征在于包括以下步驟：

（1）制作待測試件

根據待研究的礦山地質條件，確定待測試件中水泥、砂石和水的配合比，澆筑并養護制作待測試件；澆筑時在所澆筑的待測試件中心預留孔洞，用砂漿錨固劑將錨桿長度的3/4固定于試件孔洞中心，并養護；

（2）安裝試驗裝置

將待測試件置于底座上，首先通過巖體加固支架固定試件，其次將待測錨桿自由端依次穿入鋼墊環、環狀荷載傳感器和高強法蘭螺母，然后將腐蝕槽用酸性玻璃膠固定于待測試件頂部，最后安裝動載加載裝置；

（3）施加靜載

通過扭矩加載扳手擰動高強法蘭螺母給錨桿逐漸施加拉力，直至待測錨桿達到預定荷載，并維持恒定；

（4）腐蝕槽注液

根據具體工況礦井水成分，配制相應腐蝕溶液加入至腐蝕槽中，通過腐蝕溶液不斷從巖體試件上部向下部滲流來模擬實際工程中礦井水在巖層滲流腐蝕錨固結構，以達到腐蝕溶液對錨桿錨固結構的損傷破壞；

（5）施加動載

預先更換齒輪并調節好電機轉速，閉合電機工作開關使擺錘施加撞擊荷載，根據實際情況控制動載加載時段，通過控制電機開關能實現持續性加載或間斷性加載；

（6）監測數據

記錄荷載顯示器數據，同時補加荷載，維持靜載值恒定；將聲發射傳感器粘貼與試件兩側，記錄數據信息處理系統中的能量值及試件內部破壞點；通過超聲波對測法監測試件內部破壞情況，并記錄超聲波波速。