[发明专利]加锚节理岩体在海水侵蚀下锚固锈蚀机理的研究系统及方法

权利要求书

1.一种加锚节理岩体在海水侵蚀下锚固锈蚀机理的研究系统的方法，采用一种加锚节理岩体在海水侵蚀下锚固锈蚀机理的研究系统，所述系统包括模型制备系统、加速腐蚀系统、力学实验系统、数据采集分析系统以及加锚岩体海底隧道相似模型试验系统，

所述模型制备系统用于制备在相似模型条件下的加锚节理岩体模型试件；

所述加速腐蚀系统对所述的加锚节理岩体模型试件进行电化学腐蚀，且通过该系统测得腐蚀电压、电流与时间的数值关系；

所述力学实验系统用于对腐蚀前、后的加锚节理岩体模型试件进行三轴压缩渗透全破坏过程试验；

所述数据采集分析系统用来获取相关力学参数，并进行数据对比分析；

所述加锚岩体海底隧道相似模型试验系统用于全面地研究在复杂应力状态下加锚节理岩体腐蚀进程中锚固锈蚀损伤机理；

所述的研究系统进行海底隧道加锚节理岩体在海水长期侵蚀下的锚固锈蚀损伤演化机理的研究方法，其特征是：

包括以下步骤：

步骤1：实验室测得岩体力学相关参数，并在模型相似比条件下制备加锚节理岩体模型试件并进行养护；

所述的方法，其特征在于，在模型制备系统制备试件前实验室应测得岩石力学参数，利用实验模型的几何相似比C1、容重相似比CY，根据强度相似比CR＝C1×CY，弹性模量相似比CE＝C1×CY，制备试件并进行编号以及计算出原料配合比；

所述的方法，其特征在于，所述试件制备过程中模拟现场加锚环境，以水泥、砂、水、外加剂为材料通过调整配合比制备相似模型试件，试件中，以钢筋作为锚杆模拟加锚条件；

步骤2：将模型试件置于不同的反应室中进行电化学加速腐蚀，测得电压、电流相关参数，同时利用法拉第定律可得腐蚀量数据，数据显示器则可实时显示监测数据；

步骤3：将置于反应室中的模型试件取出处理后进行三轴压缩渗透实验，选取不同的围压和渗透压力，同时开展相应未腐蚀的加锚岩体试验，对实验结果进行对比分析；

步骤4：进行加锚节理岩体海底隧道相似模型试验，在模型试验箱的顶部施加一定压力的海水，模型内预埋多点位移计、微型压力传感器、微型渗压计、光纤传感器，实验过程中监测加锚节理区腐蚀影响下的位移场、应力场及渗流场变化。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型制备系统，主要由底部钢板，前置钢板，后置钢板，左置钢板，右置钢板构成的一个槽状结构，其中左、右钢板上有与底面呈一定角度且高度为板高一半的凹槽，该凹槽内插装不锈钢片；所述的前置钢板上存在有洞口，以插入锚固钢筋。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钢片的插装角度选为45°同于模拟节理。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加速腐蚀系统包括电化学反应站、反应室、数据显示器；所述反应室包括Ⅰ室、Ⅱ室、Ⅲ室，三个反应室相对独立，不同反应室氯离子浓度不同，所述的电化学反应站可实时监测电流、电压情况，同时利用法拉第定律可得腐蚀量数据，数据显示器则可实时显示监测数据。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述的反应室上安装有声发射装置、光栅传导装置和CT实时扫描装置，用于检测试件初始应力发生时间、起始开裂时间、以及裂隙扩列到节理岩体临界时间。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中采用加锚岩体海底隧道相似模型试验系统进行试验，模型试验主要由模型架、相似模型注浆体、人工开挖过程、支护结构组成，其中，模型架四周为钢化透明玻璃，其中一面设有人工开挖开始时的孔洞，预设节理面位于注浆体内，在模型试验顶部设置装有海水的容器，可从顶部向注浆体注入一定压力的海水，海水沿节理面渗透在注浆体内营造腐蚀环境，在注浆体内预埋包括但不限于多点位移计、微型压力传感器、微型渗压计、光纤传感器的监测元件；实验开始，人工模拟在注浆体内进行开挖并进行锚杆支护，支护完成后，将锚杆设置为阳极，多点位移计设置为阴极，将两者连接到电化学站进行电化学加速腐蚀，从而在加速腐蚀的实验过程中监测加锚节理区腐蚀影响下的位移场、应力场及渗流场变化情况。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，反应室利用声发射技术、光栅传导技术和CT实时扫描，检测试件初始应力发生时间、起始开裂时间、以及裂隙扩列到节理岩体临界时间，选取不同时间拆样、清洗、称重并采用电镜扫描和X射线荧光谱分析，建立锈蚀不同腐蚀度与氯离子浓度、腐蚀时间标定关系研究。