[发明专利]一种锚杆锚固体与风化岩体间粘结强度测试方法

说明书

技术领域：

本发明属于粘结强度测试技术领域，涉及一种岩土工程中锚杆锚固体与岩体之间粘结强度的测试工艺，特别是一种锚杆锚固体与风化岩体间粘结强度测试方法。

背景技术：

锚杆作为地下工程和岩石边坡的主要支护形式之一，对土木工程稳定性的维护起着重要作用，特别是在节理裂隙岩体中，锚杆对岩体的加固作用十分明显，并在土木、建筑和水利工程中获得广泛应用，合理确定锚杆锚固体与岩土体间的粘结强度，对锚杆结构设计极为重要，从《建筑地基基础设计规范》（GB50007）、《建筑边坡工程技术规范》（GB50330）、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086）、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120）和《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）等锚杆抗拔承载力R的表达式中，可以清楚看到，锚杆锚固体与岩土体间的粘结强度标准值f_rb则是影响锚杆极限抗拔力R的主要因素，即R=πDLf_rb，其中，D为锚杆锚固段直径，L为锚杆锚固段长度，锚固于不同类型及不同风化程度岩土体中的锚杆，其f_rb的差异十分显著，f_rb值的大小，受到岩土抗剪强度、锚杆孔表面特征、注浆压力和锚固段上覆层厚度等多种因素制约。此外，由于锚杆受荷时，沿锚固段长度的粘结应力分布极不均匀，对粘结强度值也有不可忽视的影响，同时，以上这些规范规程中只给出不同岩石类别锚杆锚固体与岩体之间的粘结强度标准值（这些值不是定值，是在某一区间范围内），尚未给出锚杆锚固体与不同风化程度岩体之间的粘结强度标准值。因此，寻求一种锚杆锚固体与风化岩体之间粘结强度的测试方法，提出锚杆锚固设计的相关参数，对于准确确定锚杆极限抗拔承载力有重要意义，为完善锚杆设计的相关规范规程提供建议。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种锚杆锚固体与风化岩体间粘结强度测试方法，在锚杆锚固体外壁切浅槽植入准分布式FBG（Fiber Bragg Grating，光纤Bragg光栅）光纤传感器，当FBG传感器受到拉力作用时，传感器伸长使光纤光栅周期发生变化，从额而改变FBG传感器的有效折射率，计算出锚杆锚固体某一断面的轴向应变及轴力值，进而得出锚杆锚固体与风化岩体间的粘结强度。

为了实现上述目的，本发明在锚杆锚固体与风化岩体间粘结强度测试装置中实现，其具体测试过程为：

（1）、先将对中支架间隔安装在锚杆杆体下端外表面上，其间隔距离根据锚杆杆体长度确定；再将安装有对中支架的锚杆杆体插入PVC外膜内，人工送入直至锚杆杆体底端到达PVC外膜底部，安装过程中保持锚杆杆体的轴线与PVC外膜的轴线在同一直线，并使PVC外膜与锚杆杆体垂直；

（2）、将PVC外膜的外端与外部的注浆管连接好，并将注浆管伸至PVC外膜底端，用注浆泵将硅酸盐水泥浆液沿着注浆管注入，注浆液到达PVC外膜的顶端时将注浆管拔出并关闭注浆泵，完成整个注浆过程；

（3）、注浆完成后将PVC外膜的顶端人工抹平，养护28天，锚杆杆体与PVC外膜之间形成的水泥结石体即为锚固体；

（4）、然后将PVC外膜切开，取出锚杆杆体和锚固体，在锚固体外壁沿轴线划一直线，然后沿着已定好的直线切浅槽，根据测试的位置在浅槽内确定光纤传感器的植入位置，靠近锚杆杆体自由端的锚固体孔口处的光纤传感器之间的间距比锚固体其他位置的间距小；

（5）、根据光纤传感器定好的位置，将光纤传感器与铠装光缆以熔接的方式按准分布式进行串联，在浅槽内植入串联好的光纤传感器，并用环氧树脂混合物封装保护2个小时后，检查光纤传感器的成活率，成活率不低于90%；

（6）、根据锚杆杆体的尺寸在风化岩体内进行钻孔形成锚杆孔，锚杆孔与风化岩体的岩层表面相垂直；

（7）、将植入光纤传感器的锚固体人工送入锚杆孔，直至锚固体底端到达锚杆孔底部，安装过程中保证锚固体位于锚杆孔的中心；

（8）、最后在锚杆孔内注浆使锚固体与风化岩体紧密粘结，养护28天后，准备进行测试；

（9）、测试开始前，先安装好对锚杆杆体提供拉拔力的外部拉拔装置，再将铠装光缆接入到数据采集系统，并检查设备连接是否完好；

（10）、在锚杆杆体拉拔过程中记录测点i（i=1,2,3,4,5……）处光纤传感器的波长变化，根据光纤传感器的参数指标、读取的数据及公式（1）、（2）和（3）计算得到锚固体与风化岩体间的粘结强度：