本发明涉及测试岩石与混凝土粘结界面抗剪强度的方法及装置，属岩土工程技术领域。
背景技术：
衬砌是交通、水利及采矿等行业中广泛采用的支护型式，混凝土则是应用最为广泛的衬砌结构之一。隧洞/巷道开挖之后，需及时喷射混凝土衬砌以防止围岩进一步风化，并能够给予围岩一定的支护围压缓解围岩内部的应力集中程度。混凝土与围岩表面粘结程度的好坏，直接影响着混凝土衬砌功能的发挥，因而混凝土与岩石粘结界面抗剪强度成为了评价衬砌力学性能的重要指标。室内试验是获取岩石与混凝土粘结界面抗剪强度的主要手段，传统的室内测试方法需要开展大量的室内直剪试验：切割加工岩石试块（通常为150mm×150mm×75mm），然后在事先制作好的模具内配制标准立方块试样（通常为150mm×150mm×150mm），在试验机轴向压缩荷载作用下，依靠试验机提供的剪切荷载将粘结界面剪坏，进而根据试验数据计算粘结界面抗剪强度。可见，传统的室内测试方法存在着诸多缺点，如大尺寸岩石试块加工费时费力且成本高、所需混凝土等原材料多、对试验机性能要求高及试验测试成本高等。
技术实现要素：
针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种简便宜行的测试岩石与混凝土粘结界面抗剪强度的方法及装置，可用于岩土工程领域中不同类型岩石与不同配比混凝土粘结界面抗剪强度的室内测试研究中。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：测试岩石与混凝土粘结界面抗剪强度的方法，包括以下步骤：
A．制作空心岩石试样，在空心岩石试样的空腔内充填混凝土测试试样，制作成测试试样；
B．将测试试样放置在养护室内进行养护；
C．将养护完成的测试试样放置于测定台上，并使测试试样与测定台的中心轴线重合，将加载柱放置于测试试样的上端面上，并使加载柱与测试试样的中心轴线重合；
D．施加竖向荷载至混凝土测试试样与空心岩石试样粘结界面完全破裂，实时记录竖向荷载与位移数据；
E．分析试验数据，根据公式τ=Fmax/（π·D2·H）计算粘结界面抗剪强度，绘制试验曲线，其中τ为粘结界面抗剪强度，π为圆周率，D2为空心岩石试样的内径，H为空心岩石试样的高度，Fmax为竖向荷载的最大值。
测试岩石与混凝土粘结界面抗剪强度的装置，包括混凝土测试试样，混凝土测试试样设置在空心岩石试样内，空心岩石试样设置在测定台上，测定台上设置有尺寸大于混凝土测试试样外径的内孔，且内孔的中心轴线、空心岩石试样的中心轴线和混凝土测试试样的中心轴线在同一直线上。
所述混凝土测试试样上端面设置有加载柱，加载柱的外径小于混凝土测试试样的外径。
所述混凝土测试试样为圆柱，空心岩石试样的内径与混凝土测试试样的外径相等。
所述测定台为圆柱体。
所述测定台的内径为D3，D3比空心岩石试样的内径D2大2～4mm。
所述加载柱的外径D1比空心岩石试样的内径D2小0.5～1mm。
本发明的有益效果是：本发明通过空心岩石试样的空腔内壁面与混凝土测试试样接触形成粘结界面，粘结界面的面积根据空心岩石试样内径及高度计算得到；由加载柱向混凝土测试试样传递轴向压缩荷载，测定台的设置使得空心岩石试样与混凝土测试试样沿着设定的粘结界面产生分离剪切变形。本测试方法及装置科学合理，操作过程简便易行，测试所需原材料少、成本低，可应用于不同类型岩石与不同配比混凝土粘结界面抗剪强度的室内测试中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是实施例1得到的竖向荷载与位移关系曲线。
图3是实施例2得到的竖向荷载与位移关系曲线。
图4是实施例3得到的竖向荷载与位移关系曲线。
具体实施方式
测试岩石与混凝土粘结界面抗剪强度的方法，包括以下步骤：
A．制作空心岩石试样1，在空心岩石试样1的空腔内充填混凝土测试试样2，制作成测试试样；
B．将测试试样放置在养护室内进行养护；
C．将养护完成的测试试样放置于测定台3上，并使测试试样与测定台3的中心轴线重合，将加载柱4放置于测试试样的上端面上，并使加载柱4与测试试样的中心轴线重合；
D．施加竖向荷载5至混凝土测试试样2与空心岩石试样1粘结界面完全破裂，实时记录竖向荷载5与位移数据；
E．分析试验数据，根据公式τ=Fmax/（π·D2·H）计算粘结界面抗剪强度，绘制试验曲线，其中τ为粘结界面抗剪强度，π为圆周率，D2为空心岩石试样1的内径，H为空心岩石试样1的高度，Fmax为竖向荷载5的最大值。
如图1所示，测试岩石与混凝土粘结界面抗剪强度的装置，包括混凝土测试试样2，混凝土测试试样2设置在空心岩石试样1内，空心岩石试样1设置在测定台3上，测定台3上设置有尺寸大于混凝土测试试样2外径的内孔，且内孔的中心轴线、空心岩石试样1的中心轴线和混凝土测试试样2的中心轴线在同一直线上。
所述混凝土测试试样2上端面设置有加载柱4，加载柱4的外径小于混凝土测试试样2的外径。
所述混凝土测试试样2为圆柱，空心岩石试样1的内径与混凝土测试试样2的外径相等。
所述测定台3为圆柱体。
所述测定台3的内径为D3，D3比空心岩石试样1的内径D2大2～4mm。
所述加载柱4的外径D1比空心岩石试样1的内径D2小0.5～1mm。
实施例1
A．制作空心岩石试样1，空心岩石试样1为大理岩，空心岩石试样1外径为100mm，内径D2为50mm，高度H为150mm；在空心岩石试样1的空腔内充填混凝土测试试样2，混凝土测试试样2的原材料及配比为水：水泥：细砂=0.4:1:1，充填完成后在振动台上振捣密实，并将混凝土测试试样2的上下端面削平，制作成由空心岩石试样1及混凝土测试试样2组成的测试试样；
B．将测试试样放置在养护室内进行养护，养护温度为35℃，湿度为80％，养护时间为14天；
C．将养护完成的测试试样放置于测定台3上，并使测试试样与测定台3的中心轴线重合；测定台3外径为150mm，测定台3的圆柱形槽直径为53mm；将加载柱4放置于测试试样上端面上，并使加载柱4与测试试样的中心轴线重合，加载柱4直径为49mm；
D．采用位移控制方式，加载速率为0.001mm/s，缓慢施加竖向荷载5至混凝土测试试样2与空心岩石试样1粘结界面完全破裂，实时记录竖向荷载5与位移数据；
E．分析试验数据，绘制试验曲线，图2为本实施例得到的竖向荷载5与位移关系曲线，由图2可知，随着位移的增大竖向荷载5逐步增大，当位移增长至约10mm时，竖向荷载5急剧下降，表明岩石与混凝土粘结界面发生显著剪切破裂；根据公式τ=Fmax/（π·D2·H）计算粘结界面抗剪强度，将π=3.14，D2=50mm，H=150mm，Fmax=3067.39N，带入公式计算可得粘结界面抗剪强度τ=0.13MPa。
实施例2
A．制作空心岩石试样1，空心岩石试样1为大理岩，空心岩石试样1外径为100mm，内径D2为50mm，高度H为150mm；在空心岩石试样1的空腔内充填混凝土测试试样2，混凝土测试试样2的原材料及配比为水：水泥：细砂=0.25:1:1，充填完成后在振动台上振捣密实，并将混凝土测试试样2的上下端面削平，制作成由空心岩石试样1及混凝土测试试样2组成的测试试样；
B．将测试试样放置在养护室内进行养护，养护温度为35℃，湿度为80％，养护时间为14天；
C．将养护完成的测试试样放置于测定台3上，并使测试试样与测定台3的中心轴线重合；测定台3外径为150mm，测定台3的圆柱形槽直径为53mm；将加载柱4放置于测试试样上端面上，并使加载柱4与测试试样的中心轴线重合，加载柱4直径为49mm；
D．采用位移控制方式，加载速率为0.001mm/s，缓慢施加竖向荷载5至混凝土测试试样2与空心岩石试样1粘结界面完全破裂，实时记录竖向荷载5与位移数据；
E．分析试验数据，绘制试验曲线，图3为本实施例得到的竖向荷载5与位移关系曲线，由图3可知，随着位移的增大竖向荷载5逐步增大，与图2中曲线对比不难看出竖向荷载5增长速率有所增大，当位移增长至约9.5mm时，竖向荷载5达到最大值4167.58N，随后急剧下降，表明岩石与混凝土粘结界面发生显著剪切破裂；根据公式τ=Fmax/（π·D2·H）计算粘结界面抗剪强度，将π=3.14，D2=50mm，H=150mm，Fmax=4167.58N，带入公式计算可得粘结界面抗剪强度τ=0.18MPa，与实施例1中计算结果对比可以看出，混凝土测试试样2水灰比降低后，粘结界面抗剪强度有所提高。
实施例3
A．制作空心岩石试样1，空心岩石试样1为花岗岩，空心岩石试样1外径为100mm，内径D2为50mm，高度H为150mm；在空心岩石试样1的空腔内充填混凝土测试试样2，混凝土测试试样2的原材料及配比为水：水泥：细砂=0.4:1:1，充填完成后在振动台上振捣密实，并将混凝土测试试样2的上下端面削平，制作成由空心岩石试样1及混凝土测试试样2组成的测试试样；
B．将测试试样放置在养护室内进行养护，养护温度为35℃，湿度为80％，养护时间为14天；
C．将养护完成的测试试样放置于测定台3上，并使测试试样与测定台3的中心轴线重合；测定台3外径为150mm，测定台3的圆柱形槽直径为53mm；将加载柱4放置于测试试样上端面上，并使加载柱4与测试试样的中心轴线重合，加载柱4直径为49mm；
D．采用位移控制方式，加载速率为0.001mm/s，缓慢施加竖向荷载5至混凝土测试试样2与空心岩石试样1粘结界面完全破裂，实时记录竖向荷载5与位移数据；
E．分析试验数据，绘制试验曲线，图4为本实施例得到的竖向荷载5与位移关系曲线，由图4可知，随着位移的增大竖向荷载5逐步增大，曲线形态与图2中曲线类似，这表明与实施例1相比，岩性由大理岩变为花岗岩时，对粘结界面剪切特性影响不明显；根据公式τ=Fmax/（π·D2·H）计算粘结界面抗剪强度，将π=3.14，D2=50mm，H=150mm，Fmax=3461.98N，带入公式计算可得粘结界面抗剪强度τ=0.15MPa。