一種錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試方法
【專利摘要】本發明屬于粘結強度測試【技術領域】，涉及一種錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試方法，先根據錨桿桿體的尺寸在風化巖體上進行鉆孔形成錨桿孔，然后將植入光纖傳感器的錨固體放入錨桿孔，并在錨桿孔內注漿使錨固體與風化巖體緊密粘結，養護后進行測試，測試時先檢驗光纖傳感器的成活率，在測試過程中記錄測點處光纖傳感器波長變化，根據光纖傳感器的參數指標、讀取的數據計算得到錨固體與風化巖體間的粘結強度；其測試簡單，操作方便，測試精度高，抗電磁場干擾能力強，成活率高，可操作性強，能夠實現自動化監測。
【專利說明】一種錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試方法
【技術領域】:
[0001]本發明屬于粘結強度測試【技術領域】，涉及一種巖土工程中錨桿錨固體與巖體之間粘結強度的測試工藝，特別是一種錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試方法。
【背景技術】:
[0002]錨桿作為地下工程和巖石邊坡的主要支護形式之一，對土木工程穩定性的維護起著重要作用，特別是在節理裂隙巖體中，錨桿對巖體的加固作用十分明顯，并在土木、建筑和水利工程中獲得廣泛應用，合理確定錨桿錨固體與巖土體間的粘結強度，對錨桿結構設計極為重要，從《建筑地基基礎設計規范》(GB50007)、《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330)、《錨桿噴射混凝土支護技術規范》(GB50086)、《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120)和《巖土錨桿(索)技術規程》(CECS22:2005)等錨桿抗拔承載力R的表達式中，可以清楚看到，錨桿錨固體與巖土體間的粘結強度標準值fA則是影響錨桿極限抗拔力R的主要因素，即R= DLfrb,其中，D為錨桿錨固段直徑，L為錨桿錨固段長度，錨固于不同類型及不同風化程度巖土體中的錨桿，其的差異十分顯著，匕值的大小，受到巖土抗剪強度、錨桿孔表面特征、注漿壓力和錨固段上覆層厚度等多種因素制約。此外，由于錨桿受荷時，沿錨固段長度的粘結應力分布極不均勻，對粘結強度值也有不可忽視的影響，同時，以上這些規范規程中只給出不同巖石類別錨桿錨固體與巖體之間的粘結強度標準值(這些值不是定值，是在某一區間范圍內)，尚未給出錨桿錨固體與不同風化程度巖體之間的粘結強度標準值。因此，尋求一種錨桿錨固體與風化巖體之間粘結強度的測試方法，提出錨桿錨固設計的相關參數，對于準確確定錨桿極限抗拔承載力有重要意義，為完善錨桿設計的相關規范規程提供建議。
【發明內容】
:
[0003]本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試方法，在錨桿錨固體外壁切淺槽植入準分布式FBG (Fiber BraggGrating，光纖Bragg光柵)光纖傳感器，當FBG傳感器受到拉力作用時，傳感器伸長使光纖光柵周期發生變化，從額而改變FBG傳感器的有效折射率，計算出錨桿錨固體某一斷面的軸向應變及軸力值，進而得出錨桿錨固體與風化巖體間的粘結強度。
[0004]為了實現上述目的，本發明在錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試裝置中實現，其具體測試過程為:
[0005](I)、先將對中支架間隔安裝在錨桿桿體下端外表面上，其間隔距離根據錨桿桿體長度確定；再將安裝有對中支架的錨桿桿體插入PVC外膜內，人工送入直至錨桿桿體底端到達PVC外膜底部，安裝過程中保持錨桿桿體的軸線與PVC外膜的軸線在同一直線，并使PVC外膜與錨桿桿體垂直；
[0006](2)、將PVC外膜的外端與外部的注漿管連接好，并將注漿管伸至PVC外膜底端，用注漿泵將硅酸鹽水泥漿液沿著注漿管注入，注漿液到達PVC外膜的頂端時將注漿管拔出并關閉注漿泵，完成整個注漿過程；[0007](3)、注漿完成后將PVC外膜的頂端人工抹平，養護28天，錨桿桿體與PVC外膜之間形成的水泥結石體即為錨固體；
[0008](4)、然后將PVC外膜切開，取出錨桿桿體和錨固體，在錨固體外壁沿軸線劃一直線，然后沿著已定好的直線切淺槽，根據測試的位置在淺槽內確定光纖傳感器的植入位置，靠近錨桿桿體自由端的錨固體孔口處的光纖傳感器之間的間距比錨固體其他位置的間距小;
[0009](5)、根據光纖傳感器定好的位置，將光纖傳感器與鎧裝光纜以熔接的方式按準分布式進行串聯，在淺槽內植入串聯好的光纖傳感器，并用環氧樹脂混合物封裝保護2個小時后，檢查光纖傳感器的成活率，成活率不低于90% ；
[0010](6)、根據錨桿桿體的尺寸在風化巖體內進行鉆孔形成錨桿孔，錨桿孔與風化巖體
的巖層表面相垂直；
[0011](7)、將植入光纖傳感器的錨固體人工送入錨桿孔，直至錨固體底端到達錨桿孔底部，安裝過程中保證錨固體位于錨桿孔的中心；
[0012](8)、最后在錨桿孔內注漿使錨固體與風化巖體緊密粘結，養護28天后，準備進行測試;
[0013](9)、測試開始前，先安裝好對錨桿桿體提供拉拔力的外部拉拔裝置，再將鎧裝光纜接入到數據采集系統，并檢 查設備連接是否完好；
[0014](10)、在錨桿桿體拉拔過程中記錄測點i (i=l，2，3，4，5......)處光纖傳感器的波
長變化，根據光纖傳感器的參數指標、讀取的數據及公式(I)、(2)和(3)計算得到錨固體與風化巖體間的粘結強度:
[0015]Δ λΒ=Δ λΒε + Δ( K ε Δ ε x+KtAt)(I)
[0016]公式(I)中，Λ λ B為應變和溫度共同作用時光纖傳感器中心波長變化量，單位為ρπι；Δ λΒε為光纖傳感器受到拉力或者壓力作用時，中心波長變化量，單位為pm; Λ入^為溫度發生變化時，光纖傳感器中心波長變化量，單位為Pm ; λ Β為不受外力、溫度為O時光柵的初始波長，單位為Pm ; K ε為光纖傳感器應變靈敏系數；△ ε χ為軸向應變改變量；K t為光纖傳感器溫度敏感系數；Δ t為溫度變化量；
[0017]N= Δ ε Es(2)
[0018]公式(2)中，N為測點i處錨桿桿體的軸力，單位為kN ；ES為玻璃纖維增強塑料筋材彈性模量，單位為MPa;
[0019]fi= (N1-U/nDAL(3)
[0020]公式(3)中4為錨固體與風化巖體間粘結強度，單位為MPa 為i測點處軸力，單位為kN 為1-Ι測點處軸力，單位為kN ；D為錨固體直徑,單位為mm ; Δ L為測點間距，單位為mm。
[0021]本發明涉及的錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試裝置的主體結構包括錨桿桿體、錨固體、PVC (聚氯乙烯樹脂,Poly Vinyl Chloride)外膜、對中支架、光纖傳感器、銷裝光纜和數據采集系統；錨桿桿體為普通螺紋鋼筋或非金屬螺紋實心結構，錨桿桿體下端外表面間隔安裝制有PVC (聚氯乙烯樹脂)材質的對中支架，間隔距離根據錨桿桿體的長度確定；錨桿桿體安裝有對中支架的部分插入的PVC外膜內，橫截面為圓形的PVC外膜的一端封閉，使用時，將PVC外膜切開取出或直接粉碎；錨桿桿體和PVC外膜之間制有錨固體，水泥結石體結構的錨固體直徑與PVC外膜的內徑相同，錨固體采用市售的硅酸鹽水泥注漿，錨固體的強度大于32.5MPa ;錨固體上切割制有淺槽，光纖傳感器和鎧裝光纜按準分布式熔接串聯后植入切割制有淺槽的錨固體內，并用環氧樹脂混合液進行封裝保護，光纖傳感器采用準分布式光纖Bragg光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)傳感器,光纖傳感器在錨固體內的位置根據需要測試的巖土層標高進行布設；鎧裝光纜和數據采集系統電信息連接，數據采集系統采用光纖光柵解調儀。
[0022]本發明與現有技術相比，其測試方法簡單，操作方便，測試精度高，抗電磁場干擾能力強，成活率高，可操作性強，能夠實現自動化監測。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0023]圖1為本發明涉及的錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試裝置的主體結構原理示意圖。
[0024]圖2為本發明涉及的錨桿桿體與PVC外膜連接結構原理示意圖。
[0025]圖3為本發明涉及的錨桿桿體與錨固體橫剖面結構原理示意圖。
[0026]圖4為本發明涉及的對中支架橫剖面結構原理示意圖。
【具體實施方式】:
[0027]下面通過實施例并結合附圖作進一步說明。
[0028]實施例:
[0029]本實施例的主體結構包括錨桿桿體1、錨固體2、PVC (聚氯乙烯樹脂，Poly VinylChloride)外膜3、對中支架4、光纖傳感器5、銷裝光纜6和數據米集系統7 ;錨桿桿體I為普通螺紋鋼筋或其它非金屬全螺紋實心結構，錨桿桿體I下端外表面間隔安裝制有PVC(聚氯乙烯樹脂)材質的對中支架4，間隔距離根據錨桿桿體I的長度確定；錨桿桿體I安裝有對中支架4的部分插入的PVC外膜3內，橫截面為圓形的PVC外膜3的一端封閉，使用時，將PVC外膜3切開取出或直接粉碎；錨桿桿體I和PVC外膜3之間制有錨固體2，水泥結石體結構的錨固體2直徑與PVC外膜3的內徑相同，錨固體2采用市售的硅酸鹽水泥注漿，錨固體2的強度大于32.5MPa ;錨固體2上切割制有淺槽，光纖傳感器5和鎧裝光纜6按準分布式熔接串聯后植入切割制有淺槽的錨固體2內，并用環氧樹脂混合液進行封裝保護，光纖傳感器5采用準分布式光纖Bragg光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)傳感器,光纖傳感器5在錨固體2內的位置根據需要測試的巖土層標高進行布設；鎧裝光纜6和數據采集系統7電信息連接，數據采集系統7采用光纖光柵解調儀。
[0030]本實施例的具體測試過程為:
[0031](I)、先將對中支架4間隔安裝在錨桿桿體I下端外表面上，其間隔距離根據錨桿桿體長度而定；再將安裝有對中支架4的錨桿桿體I插入PVC外膜3內，人工送入直至錨桿桿體I底端到達PVC外膜3底部，安裝過程中保持錨桿桿體I的軸線與PVC外膜3的軸線在同一直線，并使PVC外膜3與錨桿桿體I豎直；
[0032](2)、將PVC外膜3的外端連接好外部的注漿管，并將注漿管伸至PVC外膜3底端，用注漿泵將硅酸鹽水泥漿液沿著注漿管注入，注漿液到達PVC外膜3的頂端時將注漿管拔出并關閉注漿泵，完成整個注漿過程；[0033](3)、注漿完成后將PVC外膜3的頂端人工抹平，養護28天，錨桿桿體I與PVC外膜3之間形成的水泥結石體即為錨固體2 ；
[0034](4)、然后將PVC外膜3切開，取出錨桿桿體I和錨固體2，在錨固體2外壁沿軸線劃一直線，然后沿定好的直線切淺槽，根據測試的位置在淺槽內確定光纖傳感器5的植入位置，靠近錨桿桿體I自由端的錨固體2孔口處的光纖傳感器5之間的間距比錨固體2其他位置的間距小；
[0035](5)、根據光纖傳感器5定好的位置,將光纖傳感器5與銷裝光纜6以熔接的方式按準分布式進行串聯，在淺槽內植入串聯好的光纖傳感器5，并用環氧樹脂混合物封裝保護2個小時后，檢查光纖傳感器5的成活率，成活率不低于90% ；
[0036](6)、根據錨桿桿體I的尺寸在風化巖體8內進行鉆孔形成錨桿孔9，錨桿孔與風化
巖體8的巖層表面相垂直；
[0037](7)、將植入光纖傳感器5的錨固體2人工送入錨桿孔9，直至錨固體2底端到達錨桿孔9底部，安裝過程中保證錨固體2位于錨桿孔9的中心；
[0038] (8)、最后在鋪桿孔9內注衆使鋪固體2與風化巖體8緊乾'粘結,養護28天后,準備進行測試；
[0039](9)、測試開始前，先安裝好對錨桿桿體I提供拉拔力的外部拉拔裝置，再將鎧裝光纜6接入到數據采集系統7，并檢查設備連接是否完好；
[0040](10)、在錨桿桿體I拉拔過程中記錄測點i (i=l，2，3，4，5……)處光纖傳感器5的波長變化，根據光纖傳感器5的參數指標、讀取的數據及公式(I)、(2)和(3)計算得到錨固體2與風化巖體8間的粘結強度:
[0041]Δ λΒ=Δ λΒε + Δ( K ε Δ ε x+KtAt)(I)
[0042]公式(I)中，Δ λ β為應變和溫度共同作用時光纖傳感器5中心波長變化量(pm)；Λ λΒε為光纖傳感器5受到拉力或者壓力作用時，中心波長變化量(pm); Λ λ Bt為溫度發生變化時，光纖傳感器5中心波長變化量(pm) ； λ Β為不受外力、溫度為O時光柵的初始波長(Pm) ； K ε為光纖傳感器5應變靈敏系數；Δ εχ為軸向應變改變量；Kt為光纖傳感器5溫度敏感系數；Δ t為溫度變化量；
[0043]N= Δ ε Es(2)
[0044]公式(2)中，N為測點i處錨桿桿體I的軸力(kN);Es為玻璃纖維增強塑料(GFRP)筋材彈性模量(MPa)；
[0045]fi= (Ν「Νη)/31DAL(3)
[0046]公式(3)中4為錨固體2與風化巖體8間粘結強度(MPa) 為i測點處軸力(kN) ;Νη為1-Ι測點處軸力(kN) ；D為錨固體2直徑(mm) ; Λ L為測點間距(mm)。
【權利要求】
1.一種錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試方法，其特征在于在錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試裝置中實現，其具體測試過程為: (1)、先將對中支架間隔安裝在錨桿桿體下端外表面上，其間隔距離根據錨桿桿體長度確定；再將安裝有對中支架的錨桿桿體插入PVC外膜內，人工送入直至錨桿桿體底端到達PVC外膜底部，安裝過程中保持錨桿桿體的軸線與PVC外膜的軸線在同一直線，并使PVC外膜與錨桿桿體垂直； (2)、將PVC外膜的外端與外部的注漿管連接好，并將注漿管伸至PVC外膜底端，用注漿泵將硅酸鹽水泥漿液沿著注漿管注入，注漿液到達PVC外膜的頂端時將注漿管拔出并關閉注漿泵，完成整個注漿過程； (3)、注漿完成后將PVC外膜的頂端人工抹平，養護28天，錨桿桿體與PVC外膜之間形成的水泥結石體即為錨固體； (4)、然后將PVC外膜切開，取出錨桿桿體和錨固體，在錨固體外壁沿軸線劃一直線，然后沿著已定好的直線切淺槽，根據測試的位置在淺槽內確定光纖傳感器的植入位置，靠近錨桿桿體自由端的錨固體孔口處的光纖傳感器之間的間距比錨固體其他位置的間距小； (5)、根據光纖傳感器定好的位置，將光纖傳感器與鎧裝光纜以熔接的方式按準分布式進行串聯，在淺槽內植入串聯好的光纖傳感器，并用環氧樹脂混合物封裝保護2個小時后，檢查光纖傳感器的成活率，成活率不低于90% ； (6)、根據錨桿桿體的尺寸在風化巖體內進行鉆孔形成錨桿孔，錨桿孔與風化巖體的巖層表面相垂直； (7)、將植入光纖傳感器的錨固體人工送入錨桿孔，直至錨固體底端到達錨桿孔底部，安裝過程中保證錨固體位于錨桿孔的中心； (8)、最后在錨桿孔內注漿使錨固體與風化巖體緊密粘結，養護28天后，準備進行測試； (9)、測試開始前，先安裝好對錨桿桿體提供拉拔力的外部拉拔裝置，再將鎧裝光纜接入到數據采集系統，并檢查設備連接是否完好； (10)、在錨桿桿體拉拔過程中記錄測點i(i=l，2，3，4，5……)處光纖傳感器的波長變化，根據光纖傳感器的參數指標、讀取的數據及公式(I)、(2)和(3)計算得到錨固體與風化巖體間的粘結強度: Δ λΒ=Δ λβε + Δ λ Bt= AB(KEAex+KtAt)(I) 公式(I)中，Λ λ Β為應變和溫度共同作用時光纖傳感器中心波長變化量，單位為pm ;Λ λΒε為光纖傳感器受到拉力或者壓力作用時，中心波長變化量，單位為Pm; Λ 為溫度發生變化時，光纖傳感器中心波長變化量，單位為Pm ； λ B為不受外力、溫度為O時光柵的初始波長，單位為Pm ; K ε為光纖傳感器應變靈敏系數；△ ε χ為軸向應變改變量；K t為光纖傳感器溫度敏感系數；Δ t為溫度變化量； N= Δ ε Es(2) 公式(2)中，N為測點i處錨桿桿體的軸力，單位為kN ；ES為玻璃纖維增強塑料筋材彈性模量，單位為MPa ； fi= (N1-Ni^1) /31 DAL(3) 公式(3)中4為錨固體與風化巖體間粘結強度，單位為MPa ；N,為i測點處軸力，單位為kN ;Νη為1-1測點處軸力，單位為kN ；D為錨固體直徑,單位為mm ; Δ L為測點間距,單位為mm。
2.根據權利要求1所述的錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試方法，其特征在于涉及的錨桿錨固體與風化巖體間粘結強度測試裝置的主體結構包括錨桿桿體、錨固體、PVC外膜、對中支架、光纖傳感器、鎧裝光纜和數據采集系統；錨桿桿體為普通螺紋鋼筋或非金屬螺紋實心結構，錨桿桿體下端外表面間隔安裝制有PVC材質的對中支架，間隔距離根據錨桿桿體的長度確定；錨桿桿體安裝有對中支架的部分插入的PVC外膜內，橫截面為圓形的PVC外膜的一端封閉，使用時，將PVC外膜切開取出或直接粉碎；錨桿桿體和PVC外膜之間制有錨固體，水泥結石體結構的錨固體直徑與PVC外膜的內徑相同，錨固體采用市售的硅酸鹽水泥注漿，錨固體的強度大于32.5MPa ;錨固體上切割制有淺槽，光纖傳感器和鎧裝光纜按準分布式熔接串聯后植入切割制有淺槽的錨固體內，并用環氧樹脂混合液進行封裝保護，光纖傳感器 米用準分布式光纖Bragg光柵傳感器,光纖傳感器在錨固體內的位置根據需要測試的巖土層標高進行布設；鎧裝光纜和數據采集系統電信息連接，數據采集系統采用光纖光柵解調儀。
【文檔編號】G01N19/04GK103528950SQ201310528950
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】閆楠 申請人:閆楠
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
