一種錨桿錨固體與風(fēng)化巖體間粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種錨桿錨固體與風(fēng)化巖體間粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置，錨桿桿體下端外表面間隔安裝制有對(duì)中支架；錨桿桿體安裝有對(duì)中支架的部分插入的PVC外膜內(nèi)，PVC外膜的一端封閉；錨桿桿體和PVC外膜之間制有錨固體，錨固體直徑與PVC外膜的內(nèi)徑相同；錨固體上切割制有淺槽，光纖傳感器和鎧裝光纜按準(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)后植入錨固體內(nèi)；鎧裝光纜和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電信息連接；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)試精度高，抗電磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)，成活率高，可操作性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。
【專利說明】一種錨桿錨固體與風(fēng)化巖體間粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型屬于粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種巖土工程中錨桿錨固體與巖體之間粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)試裝置，特別是一種錨桿錨固體與風(fēng)化巖體間粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】:
[0002]錨桿作為地下工程和巖石邊坡的主要支護(hù)形式之一，對(duì)土木工程穩(wěn)定性的維護(hù)起著重要作用，特別是在節(jié)理裂隙巖體中，錨桿對(duì)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(yīng)用，合理確定錨桿錨固體與巖土體間的粘結(jié)強(qiáng)度，對(duì)錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極為重要，從《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007)、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330)、《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GB50086)、《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120)和《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》(CECS22:2005)等錨桿抗拔承載力R的表達(dá)式中，可以清楚看到，錨桿錨固體與巖土體間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)度，錨固于不同類型及不同風(fēng)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(qiáng)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(shí)，沿錨固段長(zhǎng)度的粘結(jié)應(yīng)力分布極不均勻，對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度值也有不可忽視的影響，同時(shí)，以上這些規(guī)范規(guī)程中只給出不同巖石類別錨桿錨固體與巖體之間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(這些值不是定值，是在某一區(qū)間范圍內(nèi))，尚未給出錨桿錨固體與不同風(fēng)化程度巖體之間的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。因此，尋求一種錨桿錨固體與風(fēng)化巖體之間粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)試裝置，提出錨桿錨固設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)，對(duì)于準(zhǔn)確確定錨桿極限抗拔承載力有重要意義，為完善錨桿設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范規(guī)程提供建議。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)提供一種錨桿錨固體與風(fēng)化巖體間粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置，在錨桿錨固體外壁切淺槽植入準(zhǔn)分布式FBG (FiberBragg Grating，光纖Bragg光柵)光纖傳感器，當(dāng)FBG傳感器受到拉力作用時(shí)，傳感器伸長(zhǎng)使光纖光柵周期發(fā)生變化，從額而改變FBG傳感器的有效折射率，計(jì)算出錨桿錨固體某一斷面的軸向應(yīng)變及軸力值，進(jìn)而得出錨桿錨固體與風(fēng)化巖體間的粘結(jié)強(qiáng)度。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)包括錨桿桿體、錨固體、PVC (聚氯乙烯樹脂，Poly Vinyl Chloride)外膜、對(duì)中支架、光纖傳感器、鎧裝光纜和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；錨桿桿體為普通螺紋鋼筋或非金屬螺紋實(shí)心結(jié)構(gòu)，錨桿桿體下端外表面間隔安裝制有PVC(聚氯乙烯樹脂)材質(zhì)的對(duì)中支架，間隔距離根據(jù)錨桿桿體的長(zhǎng)度確定；錨桿桿體安裝有對(duì)中支架的部分插入的PVC外膜內(nèi)，橫截面為圓形的PVC外膜的一端封閉，使用時(shí)，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(jié)石體結(jié)構(gòu)的錨固體直徑與PVC外膜的內(nèi)徑相同，錨固體采用市售的硅酸鹽水泥注漿，錨固體的強(qiáng)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(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)后植入切割制有淺槽的錨固體內(nèi)，并用環(huán)氧樹脂混合液進(jìn)行封裝保護(hù)，光纖傳感器采用準(zhǔn)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(nèi)的位置根據(jù)需要測(cè)試的巖土層標(biāo)高進(jìn)行布設(shè)；鎧裝光纜和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電信息連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用光纖光柵解調(diào)儀。
[0005]本實(shí)用新型的具體測(cè)試過程為:
[0006](I)、先將對(duì)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(jù)錨桿桿體長(zhǎng)度確定；再將安裝有對(duì)中支架的錨桿桿體插入PVC外膜內(nèi)，人工送入直至錨桿桿體底端到達(dá)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；
[0007](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(dá)PVC外膜的頂端時(shí)將注漿管拔出并關(guān)閉注漿泵，完成整個(gè)注漿過程；
[0008](3)、注漿完成后將PVC外膜的頂端人工抹平，養(yǎng)護(hù)28天，錨桿桿體與PVC外膜之間形成的水泥結(jié)石體即為錨固體；
[0009](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(jù)測(cè)試的位置在淺槽內(nèi)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;
[0010](5)、根據(jù)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(zhǔn)分布式進(jìn)行串聯(lián)，在淺槽內(nèi)植入串聯(lián)好的光纖傳感器，并用環(huán)氧樹脂混合物封裝保護(hù)2個(gè)小時(shí)后，檢查光纖傳感器的成活率，成活率不低于90% ；
[0011](6)、根據(jù)錨桿桿體的尺寸在風(fēng)化巖體內(nèi)進(jìn)行鉆孔形成錨桿孔，錨桿孔與風(fēng)化巖體
的巖層表面相垂直；
[0012](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(dá)錨桿孔底部，安裝過程中保證錨固體位于錨桿孔的中心；
[0013](8)、最后在錨桿孔內(nèi)注漿使錨固體與風(fēng)化巖體緊密粘結(jié)，養(yǎng)護(hù)28天后，準(zhǔn)備進(jìn)行測(cè)試;
[0014](9)、測(cè)試開始前，先安裝好對(duì)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并檢查設(shè)備連接是否完好；
[0015](10)、在錨桿桿體拉拔過程中記錄測(cè)點(diǎn)i (i=l，2，3，4，5......)處光纖傳感器的波
長(zhǎng)變化，根據(jù)光纖傳感器的參數(shù)指標(biāo)、讀取的數(shù)據(jù)及公式(I)、(2)和(3)計(jì)算得到錨固體與風(fēng)化巖體間的粘結(jié)強(qiáng)度:
[0016]Δ λΒ=Δ λΒε + Δ( K ε Δ ε x+KtAt) (I)
[0017]公式(I)中，Λ λ B為應(yīng)變和溫度共同作用時(shí)光纖傳感器中心波長(zhǎng)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(shí)，中心波長(zhǎng)變化量，單位為pm; Λ入^為溫度發(fā)生變化時(shí)，光纖傳感器中心波長(zhǎng)變化量，單位為Pm ; λ Β為不受外力、溫度為O時(shí)光柵的初始波長(zhǎng)，單位為Pm ; K ε為光纖傳感器應(yīng)變靈敏系數(shù)；△ ε χ為軸向應(yīng)變改變量；K t為光纖傳感器溫度敏感系數(shù)；Δ t為溫度變化量；
[0018]N= Δ ε Es (2)
[0019]公式(2)中，N為測(cè)點(diǎn)i處錨桿桿體的軸力，單位為kN ；ES為玻璃纖維增強(qiáng)塑料筋材彈性模量，單位為MPa;
[0020]fi= (N1-N^1)ZnDAL (3)
[0021]公式(3)中4為錨固體與風(fēng)化巖體間粘結(jié)強(qiáng)度，單位為MPa ；N,為i測(cè)點(diǎn)處軸力，單位為kN 為1-Ι測(cè)點(diǎn)處軸力，單位為kN ；D為錨固體直徑,單位為mm ; Δ L為測(cè)點(diǎn)間距，單位為mm。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)試精度高，抗電磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)，成活率高，可操作性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0023]圖1為本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0024]圖2為本實(shí)用新型涉及的錨桿桿體與PVC外膜連接結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0025]圖3為本實(shí)用新型涉及的錨桿桿體與錨固體橫剖面結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0026]圖4為本實(shí)用新型涉及的對(duì)中支架橫剖面結(jié)構(gòu)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0027]下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。
[0028]實(shí)施例:
[0029]本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括錨桿桿體1、錨固體2、PVC (聚氯乙烯樹脂，Poly VinylChloride)外膜3、對(duì)中支架4、光纖傳感器5、銷裝光纜6和數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)7 ;錨桿桿體I為普通螺紋鋼筋或其它非金屬全螺紋實(shí)心`結(jié)構(gòu)，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(zhì)的對(duì)中支架4，間隔距離根據(jù)錨桿桿體I的長(zhǎng)度確定；錨桿桿體I安裝有對(duì)中支架4的部分插入的PVC外膜3內(nèi)，橫截面為圓形的PVC外膜3的一端封閉，使用時(shí)，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(jié)石體結(jié)構(gòu)的錨固體2直徑與PVC外膜3的內(nèi)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(qiáng)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(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)后植入切割制有淺槽的錨固體2內(nèi)，并用環(huán)氧樹脂混合液進(jìn)行封裝保護(hù)，光纖傳感器5采用準(zhǔn)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(nèi)的位置根據(jù)需要測(cè)試的巖土層標(biāo)高進(jìn)行布設(shè)；鎧裝光纜6和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7電信息連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7采用光纖光柵解調(diào)儀。
[0030]本實(shí)施例的具體測(cè)試過程為:
[0031](I)、先將對(duì)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(jù)錨桿桿體長(zhǎng)度而定；再將安裝有對(duì)中支架4的錨桿桿體I插入PVC外膜3內(nèi)，人工送入直至錨桿桿體I底端到達(dá)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(dá)PVC外膜3的頂端時(shí)將注漿管拔出并關(guān)閉注漿泵，完成整個(gè)注漿過程；
[0033](3)、注漿完成后將PVC外膜3的頂端人工抹平，養(yǎng)護(hù)28天，錨桿桿體I與PVC外膜3之間形成的水泥結(jié)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(jù)測(cè)試的位置在淺槽內(nèi)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?。?br> [0035](5)、根據(jù)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(zhǔn)分布式進(jìn)行串聯(lián)，在淺槽內(nèi)植入串聯(lián)好的光纖傳感器5，并用環(huán)氧樹脂混合物封裝保護(hù)2個(gè)小時(shí)后，檢查光纖傳感器5的成活率，成活率不低于90% ；
[0036](6)、根據(jù)錨桿桿體I的尺寸在風(fēng)化巖體8內(nèi)進(jìn)行鉆孔形成錨桿孔9，錨桿孔與風(fēng)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(dá)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(nèi)注衆(zhòng)使鋪固體2與風(fēng)化巖體8緊乾'粘結(jié),養(yǎng)護(hù)28天后,準(zhǔn)備進(jìn)行測(cè)試；
[0039](9)、測(cè)試開始前，先安裝好對(duì)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7，并檢查設(shè)備連接是否完好；
[0040](10)、在錨桿桿體I拉拔過程中記錄測(cè)點(diǎn)i (i=l，2，3，4，5……)處光纖傳感器5的波長(zhǎng)變化，根據(jù)光纖傳感器5的參數(shù)指標(biāo)、讀取的數(shù)據(jù)及公式(I)、(2)和(3)計(jì)算得到錨固體2與風(fēng)化巖體8間的粘結(jié) 強(qiáng)度:
[0041]Δ λΒ=Δ λΒε + Δ( K ε Δ ε x+KtAt) (I)
[0042]公式(I)中，Δ λ B為應(yīng)變和溫度共同作用時(shí)光纖傳感器5中心波長(zhǎng)變化量(pm)；Λ λΒε為光纖傳感器5受到拉力或者壓力作用時(shí)，中心波長(zhǎng)變化量(pm); Λ λ Bt為溫度發(fā)生變化時(shí)，光纖傳感器5中心波長(zhǎng)變化量(pm) ； λ Β為不受外力、溫度為O時(shí)光柵的初始波長(zhǎng)(Pm) ； K ε為光纖傳感器5應(yīng)變靈敏系數(shù)；Δ εχ為軸向應(yīng)變改變量；Kt為光纖傳感器5溫度敏感系數(shù)；Δ t為溫度變化量；
[0043]N= Δ ε Es (2)
[0044]公式(2)中，N為測(cè)點(diǎn)i處錨桿桿體I的軸力(kN);Es為玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)筋材彈性模量(MPa)；
[0045]fi= (N1-N^1)ZnDAL (3)
[0046]公式(3)中4為錨固體2與風(fēng)化巖體8間粘結(jié)強(qiáng)度(MPa) 為i測(cè)點(diǎn)處軸力(kN) ;Νη為1-Ι測(cè)點(diǎn)處軸力(kN) ；D為錨固體2直徑(mm) ; Λ L為測(cè)點(diǎn)間距(mm)。
【權(quán)利要求】
1.一種錨桿錨固體與風(fēng)化巖體間粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括錨桿桿體、錨固體、PVC外膜、對(duì)中支架、光纖傳感器、鎧裝光纜和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；錨桿桿體為普通螺紋鋼筋或非金屬螺紋實(shí)心結(jié)構(gòu)，錨桿桿體下端外表面間隔安裝制有對(duì)中支架，對(duì)中支架的間隔距尚根據(jù)錨桿桿體的長(zhǎng)度確定；錨桿桿體安裝有對(duì)中支架的部分插入PVC外膜內(nèi)，橫截面為圓形的PVC外膜的一端封閉；錨桿桿體和PVC外膜之間制有錨固體，錨固體直徑與PVC外膜的內(nèi)徑相同,錨固體的強(qiáng)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(zhǔn)分布式熔接串聯(lián)后植入錨固體內(nèi)，光纖傳感器采用準(zhǔn)分布式光纖Bragg光柵傳感器，光纖傳感器在錨固體內(nèi)的位置根據(jù)需要測(cè)試的巖土層標(biāo)高進(jìn)行布設(shè)；鎧裝光纜和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電信息連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用光纖光柵解調(diào)儀。
【文檔編號(hào)】G01N19/04GK203551452SQ201320681412
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】閆楠 申請(qǐng)人:閆楠