1.用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法,其特征在于,它包括以下步骤:
Step1:选取岩石材料或类岩石材料;
Step2:切割材料,制作多个完全相同的岩石样块或类岩石试块(3),在各个岩石样块或类岩石试块(3)中心钻取圆柱体孔,将制作好的岩石样块或类岩石试块(3)进行CT扫描,并记录岩石CT值,所述岩石CT值为岩石实验前的初始密实度值;
Step3:在距孔口的不同深度等距离布置多组压力传感器组(9),在岩石样块两相互垂直侧面上以“四角点一中心点”的方式布置10个压力传感器(5),在布置压力传感器的两侧面使用高强度碳纤维布(6)包裹,四周固定消防安全起重气垫(4),充气施加压力以模拟真实条件下地应力;
Step4:在各圆柱体孔内固定相同的非金属锚杆(1),非金属锚杆(1)上布置应变片(8),并且插入相同深度;
Step5:配制多组不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆,不同含量膨胀水泥浆的组数与圆柱体孔的数量相同,先向各个孔内灌注普通水泥浆进行垫底,然后将不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆分别注入圆柱体孔中并且将其振捣密实,最后在孔口使用普通水泥浆进行密封封口,同时对各组试验进行编号记录;
Step6:灌浆后立即将多组压力传感器(5)与压力采集系统连接,采集灌注膨胀水泥浆后不同时间的压力数据,同时对灌浆岩石进行初凝前的CT扫描一次,即初凝前岩石及膨胀浆体的CT值;初凝后将整个岩石浸泡于水中,在初凝后至28天中间,对灌浆岩石进行每一星期一次的CT扫描,同步记录压力数据和岩石及膨胀水泥浆体的CT值,即为该阶段岩石及膨胀水泥浆体的密实度值;
Step7:根据所采集的压力数据,绘制不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆压应力随时间变化图像;同时根据记录的CT值绘制不同膨胀剂含量的岩石及膨胀水泥浆体的CT值随时间变化图像,将两者变化图像在时间上建立对应关系,研究膨胀水泥浆体在真实岩体中的膨胀机理及变化规律;
Step8:待膨胀水泥浆终凝后进行逐级拉拔试验,通过CT扫描、压力采集系统、应变采集系统,分别获取数据CT值、压力数据、应变数据,绘制不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆的CT值、压力值、应变值随时间变化图像,并分析得到在真实环境条件下不同膨胀剂含量的锚固系统随时间变化规律、在真实环境条件下三主体和两界面破坏模式及演化规律、锚杆轴力及剪应力的分布规律,最终得到在真实环境条件下抗拔力随膨胀剂含量的变化规律;
所述三主体为:锚杆、锚固体和岩体或类岩石体;
所述两界面为:锚杆和锚固体之间、锚固体和岩体或类岩石体之间形成的两界面。
2.根据权利要求1所述的用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法,其特征在于,所述Step1中,选用各种岩体作为研究对象,类岩石材料为混凝土浇注。
3.根据权利要求1所述的用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法,其特征在于,所述Step2中,切割岩石材料,在本试验中制作3个完全相同的300mm×300mm×
300mm立方体岩石样块,在各个岩石样块中心钻取一个圆柱体孔,圆柱体孔的直径为40mm,深度为300mm;圆柱体孔的数量为3个;钻孔完成后,对将制作好的岩石样块进行CT扫描,并记录岩石CT值,所述岩石CT值即为岩石实验前的初始密实度值,以此得到作为试验前岩石样件内部的情况。
4.根据权利要求1所述的用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法,其特征在于,所述Step3中,在距顶部孔口的50mm、150mm、250mm深度处等距离布置多组压力传感器组(9),每组压力传感器组(9)由布置于同一深度截面上的三个压力传感器组成,在同一平面内,截面上的三个压力传感器相互夹角为120°;在岩石样块两相互垂直侧面上以“四角点和一中间点”的方式布置10个压力传感器(5);在布置压力传感器(5)的两侧面使用高强度碳纤维布(6)包裹四周,固定消防安全起重气垫(4),待碳纤维胶凝固后充气施加nMPa压力以模拟真实条件下地应力。
5.根据权利要求1所述的用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法,其特征在于,所述Step4中,采用锚杆直径为20mm,长度为600mm的玻璃纤维锚杆,插入深度为
300mm,在插入的300mm深度端从底部沿轴向在锚杆上铣槽,槽长度为250mm,宽5mm,深度为
2mm,在槽里等间距布置应变片(8)。
6.根据权利要求1所述的用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法,其特征在于,所述Step5中,配制膨胀剂含量分别为15%、25%和35%的膨胀水泥浆,先向每个孔内灌注25mm高度普通水泥浆进行垫底,而后在孔中分别灌注250mm高度的不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆并且将其振捣密实,最后向每个孔内灌注25mm高度普通水泥浆进行封口。
7.根据权利要求1所述的用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法,其特征在于,所述Step6中,采集的数据时间间隔为:灌注膨胀水泥浆后的前2小时内持续监测,后24小时内,每隔2小时采集一次压力数据;灌注膨胀水泥浆后的24小时到48小时内,每隔6小时采集一次压力数据;往后每隔两天采集一次压力数据,记录数据;同时对灌浆岩石进行初凝前的CT扫描一次,即初凝前岩石及膨胀浆体的CT值;初凝后将整个岩石浸泡于水中,在初凝后至28天中间,对灌浆岩石进行每一星期一次的CT扫描,同步记录压力数据和岩石及膨胀水泥浆体的CT值,即初凝后至28天中间的岩石及膨胀水泥浆体的密实度值。
8.根据权利要求1所述的用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法,其特征在于,所述Step7中,根据所采集的压力数据,绘制不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆压应力随时间变化图像;同时根据记录的压力数据和岩石及膨胀水泥浆体的CT值绘制不同膨胀剂含量的岩石及膨胀水泥浆体的CT值随时间变化图像,将两者变化图像在时间上建立对应关系,研究膨胀水泥浆体在真实岩体中的膨胀机理及变化规律。
9.根据权利要求1所述的用于CT扫描技术进行大掺量膨胀剂锚杆锚固研究方法,其特征在于,所述Step8中,待膨胀水泥浆终凝后利用液压千斤顶,对锚杆进行逐级加卸载,当荷载达到某一等级时,进行卸载处理,将整个锚固系统连同消防安全起重气垫放置在螺旋CT机上扫描,也可放入浸水容器后模拟浸水条件进行扫描,同步使用压力采集系统和应变采集系统进行采集压力数据和应变数据,之后再重新加载到下一等级,再进行扫描测试,如此循环至锚杆拔出,试验结束,卸载后进行CT扫描是为获得在每次等级加载过程中岩石及膨胀水泥浆体前后多次的密实度变化;
获取数据CT值、压力数据、应变数据,绘制不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆的CT值、压力值、应变值随时间变化图像,并分析可以得到在真实环境条件下不同膨胀剂含量的锚固系统随时间变化规律、在真实环境条件下锚杆、锚固体和土壤体三主体及三主体之间形成的两界面的破坏模式及演化规律、锚杆轴力及剪应力的分布规律,最终得到在真实环境条件下抗拔力随膨胀剂含量的变化规律,所述的真实环境是指模拟不同的地应力及浸水条件下的环境。