[发明专利]一种锚-土界面性能室内加速退化试验装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种锚‑土界面性能室内加速退化试验装置及使用方法，试验装置包括围压系统、荷载循环系统、温度循环系统、干湿循环系统。围压系统包括有底盘、套筒、顶板和柔性隔水层，四者之间形成压力室；试样顶部设置“T”形通气件，通气件与抽气机之间设置有多个阀门，试样底部连通有饱和水筒；压力室内安装有与恒温水循环仪连通的不锈钢盘管。本发明可有效模拟围压、干湿循环、温度循环和荷载循环等环境因素对锚‑土界面性能的影响，符合工程锚杆的现场服役环境，使得试验数据更为准确有效。配合多种测试传感器，对环境情况进行调控和模拟，整套试验装置可实现自动控制，可用以测取室内人工加速环境下锚‑土界面性能退化规律。

技术领域

本发明涉及边坡、基坑、隧道、矿山、交通等工程中经常使用锚固支护技术，尤其涉及一种锚- 土界面性能室内加速退化试验装置及使用方法。

背景技术

因成本低廉、施工简便、技术成熟等优点，锚杆(索)等锚固支护技术被广泛地应用到基坑支护、隧道支护、地下结构抗浮、边坡锚固等岩土工程领域。岩土体-锚固体界面力学性能决定了服役岩土锚固结构的工程性能。然而，岩土锚固结构的现场环境条件大多十分恶劣，它在服役期间会受到各种自然环境因素(比如，湿度、温度、降水与蒸发等)和荷载因素的循环作用，这将引起锚-土界面力学性能逐渐退化，进而导致服役岩土锚固结构工程性能的退化。因此，现场环境条件下锚-土界面力学性能退化规律及模型，是服役岩土锚固结构长期性能评价及承载力预测的关键。

对于永久性锚固工程，因其服役年限长(20～50年)、安全性要求高，直接通过长周期的现场试验来获知锚杆的承载性能或锚-土界面力学性能在现场环境因素(荷载、温度、湿度等)循环作用下的退化规律，不仅费时费力，甚至不可能。

一些科研院所和高校研发了室内中心拉拔试验和界面直剪试验装置及方法，这些试验虽然能够用以测试锚-土界面的力学性能，也能确保在测试过程中试样的力学状态与锚杆的现场实际情况相近，但无法实现试样在荷载循环、温度循环和干湿循环等复杂服役环境条件持续作用下的退化模拟。因此，无法利用现有的试验技术得到锚-土界面力学性能的退化规律。

中国专利CN107268637A公开了用于测试高应力环境锚杆或锚索锚固界面力学性能的试验系统及方法。试验系统包括一种试验用锚杆或锚索夹持机构，安装于反力装置的上端，还包括有环状高压加载气囊和柔性约束箍套，可实现圆柱形锚固体模型表面均布围岩应力的加载，通过配合风动油箱泵、高压气泵及控制器，可满足不同围岩应力状态及加载方式下锚杆或锚索锚固体模型界面力学性能的有效测试。

中国专利CN102621010B公开了深部围岩锚固性能多功能试验机，包括伺服液压控制系统，锚固体垂直拉压系统，水平剪切系统，锚杆锚索剪切系统，有效地模拟地下洞室围岩破裂变形条件下支护，尤其考虑锚杆、锚索及支护构件与围岩锚固体的耦合作用，试验功能丰富，能够更真实地反映地下工程围岩变形规律。

但目前的锚固性能测试均为单一的力学性能试验，没有考虑到锚固工程(比如高陡边坡锚固工程、地下结构抗浮锚固工程、隧道喷锚支护工程)所处现场工作环境大多十分恶劣，会有自然环境因素(湿度、温度、降水与蒸发等)和荷载因素的循环作用。这些环境因素在实际工程中是至关重要的，它们会引起锚杆界面力学性能逐渐退化。而对于永久性锚固工程，因其服役年限长、安全性要求高，对锚杆界面力学性能参数在现场环境因素(荷载、温度、湿度等)循环作用下的退化规律进行试验是必须的。

为提高试验效率，室内试验所构造的人工环境条件通常会比现场实际环境条件更加恶劣，以确保试样的力学性能能够在较短时间内退化至现场实际环境作用几十年的状态。这样，对于锚-土界面，其力学性能在室内人工加速环境和现场环境下的退化规律必将存在差异。然而，目前国内外也没有出现一种针对于岩土锚固结构锚-土界面，利用室内人工环境下的试验结果来推求现场服役环境条件下锚-土界面力学性能退化规律的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，针对服役岩土锚固结构，提出一种锚-土界面性能室内加速退化试验装置及使用方法。