本發(fā)明涉及涉水基礎(chǔ)設(shè)施-混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合測(cè)試領(lǐng)域，尤其涉及一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市和海洋地下工程日新月異，沉管隧道作為一種重要的地下交通基礎(chǔ)設(shè)施，得到了廣泛的應(yīng)用。沉管隧道通常鋪設(shè)于河流、湖泊或者海洋的水底，其建設(shè)過(guò)程涉及復(fù)雜的工程技術(shù)和高昂的成本。然而，由于沉管隧道的特殊荷載及長(zhǎng)期處于水體侵蝕之中，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用壽命面臨著諸多挑戰(zhàn)。在沉管隧道中，混凝土結(jié)構(gòu)往往處于復(fù)雜應(yīng)力和侵蝕性水環(huán)境的耦合作用。準(zhǔn)確的揭示混凝土結(jié)構(gòu)在應(yīng)力-化學(xué)侵蝕耦合作用下的劣化損傷機(jī)理，對(duì)隧道的設(shè)計(jì)，施工和維護(hù)至關(guān)重要。在應(yīng)力-化學(xué)耦合作用下，混凝土結(jié)構(gòu)中容易發(fā)生材料退化，產(chǎn)生裂縫、變形甚至失效，嚴(yán)重影響隧道的整體安全性。

2、現(xiàn)有的多場(chǎng)耦合測(cè)試方法主要是單軸，以及常規(guī)三軸的測(cè)試。然而，沉管隧道在極端條件下往往處于真三軸應(yīng)力狀態(tài)，單軸，以及常規(guī)三軸的測(cè)試往往無(wú)法全面揭示混凝土的性質(zhì)。另一方面現(xiàn)有的測(cè)試方法中，由于試塊尺寸的問(wèn)題，導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)間往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)年。

3、因此，如何提供一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試裝置，使其能夠達(dá)到快速對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)在真三軸應(yīng)力-化學(xué)耦合作用下進(jìn)行測(cè)試的技術(shù)效果，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試裝置，使其能夠達(dá)到快速對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)在真三軸應(yīng)力-化學(xué)耦合作用下進(jìn)行測(cè)試的技術(shù)效果。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試裝置，所述真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試裝置包括：圍壓結(jié)構(gòu)，所述圍壓結(jié)構(gòu)包括底部基座、剛性套筒和頂部基座，所述剛性套筒呈圓筒結(jié)構(gòu)，所述剛性套筒的一端與所述底部基座密封連接，所述剛性套筒的另一端與所述頂部基座密封連接，所述頂部基座的中心開設(shè)有第一加載孔；裝載結(jié)構(gòu)，所述裝載結(jié)構(gòu)包括下壓頭和上壓頭，所述下壓頭的一端固定在所述底部基座的中心，所述下壓頭的另一端與空心圓柱體試樣的一端密封固定連接；所述上壓頭的一端與所述空心圓柱體試樣的另一端密封固定連接，所述空心圓柱體試樣的外部密封套設(shè)有熱縮套；上部加載結(jié)構(gòu)，所述上部加載系統(tǒng)包括上壓力加載結(jié)構(gòu)和扭矩加載結(jié)構(gòu)，所述上壓力加載結(jié)構(gòu)包括加載桿和分隔塊，所述分隔塊與所述頂部基座密封可旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)連接，所述分隔塊的中心開設(shè)有第二加載孔；密封蓋，所述密封蓋位于所述頂部基座的上方與所述頂部基座固定密封連接，所述密封蓋的中間開設(shè)有第三加載孔；若干個(gè)固定螺栓，若干個(gè)所述固定螺栓沿著所述剛性套筒的外圍將所述底部基座和所述頂部基座固定連接；其中，所述加載桿的一端依次穿過(guò)所述第三加載孔、所述第二加載孔、所述第一加載孔與所述上壓頭的另一端通過(guò)凹凸鍵固定連接，所述加載桿的另一端與所述扭矩加載結(jié)構(gòu)固定連接；所述加載桿與所述分隔塊固定連接，所述密封蓋、所述頂部基座分別與所述加載桿密封可旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)連接。

3、在第一方面中，所述底部基座中間設(shè)有一呈圓柱體結(jié)構(gòu)的支撐平臺(tái)，所述下壓頭固定在所述支撐平臺(tái)的中心，所述剛性套筒的一端的內(nèi)側(cè)壁緊貼所述支撐平臺(tái)的側(cè)壁罩設(shè)在所述支撐平臺(tái)的外圍；所述支撐平臺(tái)上開設(shè)有第一內(nèi)圍液壓進(jìn)口、第一內(nèi)圍液壓出口和外圍液壓進(jìn)口，所述第一內(nèi)圍液壓進(jìn)口位于所述支撐平臺(tái)的中心。

4、在第一方面中，所述下壓頭上部的中間設(shè)有一呈圓柱體結(jié)構(gòu)的下支撐塊，所述空心圓柱體試樣的一端的內(nèi)側(cè)壁緊貼所述下支撐塊的側(cè)壁罩設(shè)在所述下支撐塊的外圍；所述下支撐塊的中心開設(shè)有貫通所述下壓頭的第二內(nèi)圍液壓進(jìn)口，所述第二內(nèi)圍液壓進(jìn)口與所述第一內(nèi)圍液壓進(jìn)口相通，所述第一內(nèi)圍液壓出口和所述外圍液壓進(jìn)口位于所述下壓頭底部的外側(cè)。

5、在第一方面中，所述上壓頭下部的中間設(shè)有一呈圓柱體結(jié)構(gòu)的上支撐塊，所述空心圓柱體試樣的另一端的內(nèi)側(cè)壁緊貼所述上支撐塊的側(cè)壁罩設(shè)在所述上支撐塊的外圍；所述上支撐塊上開設(shè)有貫通所述上壓頭的第二內(nèi)圍液壓出口，所述第二內(nèi)圍液壓出口與所述第一內(nèi)圍液壓出口通過(guò)液壓管密封連接。

6、在第一方面中，所述頂部基座的底部具有一凸出的封閉蓋，所述剛性套筒的另一端的內(nèi)側(cè)壁緊貼所述封閉蓋的側(cè)壁罩設(shè)在所述封閉蓋的外圍；所述封閉蓋上開設(shè)有外圍液壓出口；其中，所述封閉蓋的中心開設(shè)有第一加載孔，所述封閉蓋與所述加載桿密封可旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)連接。

7、在第一方面中，所述頂部基座的頂部具有一容置空間，所述分隔塊位于所述容置空間內(nèi)部并將所述容置空間分隔為第一容置區(qū)域和第二容置區(qū)域，所述分隔塊與所述容置空間的內(nèi)壁密封滑動(dòng)連接；所述第一容置區(qū)域上端的側(cè)壁上開設(shè)有上部液壓進(jìn)口，所述第二容置區(qū)域下端的側(cè)壁上開設(shè)有下部液壓出口；其中，所述密封蓋覆于所述容置空間的頂端與所述頂部基座的頂部固定密封連接。

8、在第一方面中，扭矩加載結(jié)構(gòu)包括：軸向加載活塞，所述軸向加載活塞的一端與所述加載桿的另一端固定連接；組合扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，所述軸向加載活塞的一端與所述組合扭矩傳遞機(jī)構(gòu)固定連接。

9、在第一方面中，所述真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕裝置還包括應(yīng)變測(cè)試結(jié)構(gòu)，所述應(yīng)變測(cè)試結(jié)構(gòu)包括：第一應(yīng)變器，所述第一應(yīng)變器位于所述空心圓柱體試樣的內(nèi)部空間；第二應(yīng)變器，所述第二應(yīng)變器位于所述剛性套筒內(nèi)部；第一應(yīng)變線纜，所述第一應(yīng)變線纜的一端與所述第一應(yīng)變器連接；第二應(yīng)變線纜，所述第二應(yīng)變線纜的一端與所述第二應(yīng)變器連接；其中，所述支撐平臺(tái)上還開設(shè)有第一數(shù)據(jù)傳輸通道和第二數(shù)據(jù)傳輸通道，所述第一數(shù)據(jù)傳輸通道和所述第二數(shù)據(jù)傳輸通道位于所述下壓頭的外側(cè)，所述上壓頭上還開設(shè)有第三數(shù)據(jù)傳輸通道；所述第一應(yīng)變線纜的另一端依次穿過(guò)所述第二數(shù)據(jù)傳輸通道、所述第三數(shù)據(jù)傳輸通道與第一應(yīng)變顯示器連接；所述第二應(yīng)變線纜的另一端穿過(guò)所述第一數(shù)據(jù)傳輸通道與第二應(yīng)變顯示器連接。

10、本發(fā)明還提供了一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試方法，所述真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試方法用于上述的一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試裝置的測(cè)試，所述真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試方法具體包括：制作得到空心圓柱體試樣，在所述空心圓柱體試樣內(nèi)部放置第一應(yīng)變器并接通纜線，然后將所述空心圓柱體試樣安裝在真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕裝置中；經(jīng)外圍液壓進(jìn)口向剛性套筒內(nèi)部輸入液壓油，控制所述空心圓柱體試樣外壁圍壓p2，同時(shí)經(jīng)第一內(nèi)圍液壓進(jìn)口和第二內(nèi)圍液壓進(jìn)口向所述空心圓柱體試樣內(nèi)部輸入侵蝕性溶液，控制所述空心圓柱體試樣內(nèi)壁壓力p1；待p1值和p2值穩(wěn)定后，經(jīng)下部液壓出口向第二容置區(qū)域充滿液壓油，然后通過(guò)上部液壓進(jìn)口向第一容置區(qū)域中充入液壓油使分隔塊受壓帶動(dòng)加載桿向下移動(dòng)，從而給所述空心圓柱體試樣一個(gè)向下的壓力f，同時(shí)通過(guò)組合扭矩傳遞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)加載桿給與空心圓柱體試樣一個(gè)扭矩mt；通過(guò)第一應(yīng)變器和第二應(yīng)變器測(cè)試不同時(shí)間內(nèi)所述空心圓柱體試樣內(nèi)部和外部的形變情況，記錄相應(yīng)的f值、p1值、p2值和扭矩mt的值，完成測(cè)試。

11、在第二方面中，所述完成測(cè)試后，停止向所述第一容置區(qū)域中充液壓油，然后向所述第二容置區(qū)域中充液壓油使分隔塊上移恢復(fù)原位，排出所述剛性套筒和所述空心圓柱體內(nèi)部的液體，取出所述空心圓柱體試樣。

12、有益效果：

13、在本發(fā)明中，底部基座、剛性套筒和頂部基座構(gòu)成了圍壓結(jié)構(gòu)，在圍壓結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有下壓頭和上壓頭，上壓頭和下壓頭構(gòu)成了裝載結(jié)構(gòu)，上壓頭和下壓頭之間裝載有試樣，在裝載結(jié)構(gòu)和圍壓結(jié)構(gòu)之間具有一空間用于填充液壓液體，通過(guò)液壓液體的填充給與試樣一個(gè)外圍圍壓p2，由于試樣外部套有熱收縮套，避免了試樣直接與液壓液體而影響試樣；試樣為空心圓柱體形狀，在試樣的內(nèi)部具有一空間用于填充侵蝕性溶液，侵蝕性溶液給與了試樣一個(gè)內(nèi)圍圍壓p1，空心圓柱體試樣的厚度較薄，相對(duì)于常規(guī)實(shí)心試樣，侵蝕性溶液的侵蝕時(shí)間較短，可快速模擬侵蝕性水環(huán)境對(duì)混凝土的侵蝕損傷，縮短試驗(yàn)時(shí)間；分隔塊與頂部基座密封可旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)連接，加載桿與分隔塊固定連接，通過(guò)分隔塊向下移動(dòng)使加載桿向下壓上壓頭，給與了空心圓柱體試樣一個(gè)上部向下的壓力f；加載桿的一端與上壓頭通過(guò)凹凸鍵連接，加載桿的另一端與扭矩加載機(jī)構(gòu)固定連接，扭矩加載機(jī)構(gòu)給與一個(gè)旋轉(zhuǎn)的扭矩，加載桿將扭矩傳遞給空心圓柱體試樣；在本發(fā)明的一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕裝置中，空心圓柱體試樣可受到上壓力f、外圍圍壓p2、內(nèi)圍圍壓p1和扭矩mt四個(gè)外部荷載，通過(guò)控制上壓力f、外圍圍壓p2、內(nèi)圍圍壓p1和扭矩mt四個(gè)外部荷載的大小可達(dá)到真三軸的應(yīng)力狀態(tài)，可通過(guò)控制上壓力f、外圍圍壓p2、內(nèi)圍圍壓p1和扭矩mt四個(gè)外部荷載的路徑，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)的應(yīng)力路徑；綜上所述，本發(fā)明的一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試裝置將真三軸應(yīng)力試驗(yàn)與試樣侵蝕結(jié)合，模擬混凝土結(jié)構(gòu)在真三軸應(yīng)力狀態(tài)和侵蝕性水環(huán)境中受到的耦合作用，通過(guò)在空心圓柱體試樣內(nèi)部的填充的侵蝕性溶液加快混凝土的侵蝕速度，縮短侵蝕時(shí)間，達(dá)到能夠快速測(cè)試混凝土在應(yīng)力-化學(xué)侵蝕耦合作用下的損傷情況。

14、附圖說(shuō)明

15、為了更清楚地說(shuō)明本說(shuō)明書實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

16、圖1是本發(fā)明的一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

17、圖2是本發(fā)明的一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕裝置中的凹凸鍵的結(jié)構(gòu)示意圖；

18、圖3是本發(fā)明的空心圓柱體試樣的侵蝕俯視圖；

19、圖4是常規(guī)實(shí)心試樣的侵蝕俯視圖；

20、圖5是本發(fā)明的一種真三軸應(yīng)力-化學(xué)多場(chǎng)耦合加速侵蝕測(cè)試中空心圓柱體試樣的受力示意圖；

21、圖6是柱坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系示意圖。