海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟装置的制作方法

本实用新型主要涉及一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置。

背景技术：

在海底隧道施工中锚固支护结构极为常用，由于海底隧道锚固支护结构岩体破碎，断续节理发育，海水的渗透将会使得锚杆支护结构始终处于腐蚀性环境中，在海水长期侵蚀作用下，加锚节理岩体容易产生锈蚀膨胀，从而造成锚固支护结构力学性能的退化。因此，海底隧道断续节理发育区加锚节理岩体的腐蚀研究在海底隧道施工、近海岸的基坑支护等工程领域是非常具有意义的一项工作，研究加锚节理岩体在海洋环境下的腐蚀机理显得尤为重要。然而实际上研究锚杆和岩体、注浆体或者混凝土相互作用下的试验流程及装置却很少见，已有的加速腐蚀装置并不能按照海洋环境进行相似的模拟实验，专利号为201620625057.5的中国专利文献公开了一种模拟加速腐蚀试验箱，其优点在于有效模拟了试块的干湿环境，但其操作较为复杂，也未能模仿海洋环境，专利号为201621007624.7的中国专利文献公开了一种模拟海洋环境加速腐蚀实验装置，其优点在于有效模拟了海洋环境，但遗憾的是该装置由于空间有限不能作为加锚节理岩体加速腐蚀的实验装置，专利号为201720278349.0的中国专利文献公开了一种金属腐蚀加速实验装置，其优点在于保证实验过程中可以保持试验箱水容量一定，但其弊端也在于试验装置冗杂，操作不便，本实用新型既模拟了海洋环境，同时为加锚节理岩体提供足够的试验空间，操作简便并且保护环境。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型旨在实用新型一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，能够模拟实地海洋环境并且数据获取相对准确，测量方法简便易操做；该装置可有效模拟海水环境下加锚节理岩体的腐蚀情况研究，试验操作简单，利用人工智能交互技术实现加锚节理岩体的加速腐蚀，从而为更深一步的研究打下坚实的基础。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，包括海水储存装置、加速腐蚀试验箱、电化学基站以及有害气体处理装置。

所述海水储存装置与所述的加速腐蚀试验箱相连，所述海水储存装置用于及时补充实验时所需海水的容量，同时显示实验进行状态下海水的温度以及其中氯离子的浓度；所述的海水储存装置包括用于储存海水的箱体，在所述的箱体内设有氯离子浓度测定仪、加热系统、冷却系统以及用于显示氯离子浓度和海水温度的电子显示器；

所述加速腐蚀试验箱包括加速腐蚀试验箱，在所述的试验箱内设置加锚节理岩体试块、碳棒、水流涌动装置；在箱体外壁上设有用于控制箱体内部温度的自动控温系统、水流循环装置、水流速度调节器、水位监测仪；

所述有害气体处理装置与所述的加速腐蚀试验箱相连，有害气体处理装置包括一个箱体，在所述的箱体内放置过滤液，箱体上设置排气孔；

所述电化学基站包括控制系统，所述的控制系统包括电压调制旋钮、电流调制旋钮以及用于显示电压以及电流的电子显示器；所述的电化学基站通过导线与所述的碳棒与加锚节理岩体上的锚筋相连。

进一步的，本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，所述加速腐蚀试验箱用于加锚节理岩体在海水环境下的加速腐蚀实验研究。

进一步的，本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，所述的海水储存装置与加速腐蚀试验箱通过导管相连，其中导管中间存在电磁阀，所述的水位监测仪与电磁阀相连，通过控制电磁阀的开关从而根据实际情况向加速腐蚀试验箱注入海水，保证了实验时试验箱内的海水的容量一定。

进一步的，本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，所述海水储存装置包括升温按钮和降温按钮，通过调节此按钮控制海水储存装置的加热系统冷却系统，实现实验时海水水温恒定。

本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，所述加速腐蚀试验箱1-9材料为透明钢化透明塑料，优选地厚度选择为8mm，四面顶部的内外表面均有错层，优选地，使得外表面比内表面高出5mm，便于透明钢化塑料盖4-1(厚度为5mm)与试验箱四面紧密贴合，防止有害气体的散出，同时便于观察实验现象。

进一步的，本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，所述加速腐蚀试验箱内的碳棒将固定于铜夹中，两者通过螺丝紧密连接，铜夹用于固定碳棒的同时充当碳棒与电化学基站的导线连接功能。

进一步的，本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，加锚节理岩体试块在此为钢筋混凝土模拟试块，所述的钢筋混凝土试块的钢筋外露部分固定于铜夹中，两者通过螺丝紧密连接，铜夹用于固定钢筋的同时充当锚筋与电化学基站的导线连接功能。

进一步的，本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，所述加速腐蚀试验箱底部含有两个水流涌动装置，通过控制螺旋桨的转速从而模拟海水的波动情况。

进一步的，本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，所述加速腐蚀试验箱侧方有两个水流循环装置，借助微型潜水泵的作用实现水流的循环，从而模拟实际环境下的海水流动情况。

进一步的，本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，所述水流循环装置设置3个级别，设置低速、中速、高速3个等级。

进一步的，本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，所述有害气体处理装置内包含过滤液吸收实验过程中有害气体，其他无害气体通过排气孔排出。

进一步的，本实用新型涉及的一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，所述有害气体处理装置与加速腐蚀试验箱通过导管相连。

上述海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置进行实验的步骤如下：

步骤1.实验开始前，在海水储存装置中加入一定量的海水，使得海水储存装置能够及时向加速腐蚀试验箱中充入海水；同时准备有害气体处理装置内的滤液，保证在实验过程中生成的有害气体能够及时被吸收；

步骤2.打开总电源，检查在整个装置系统处于待机状态下指示灯是否保持正常状态，从而保证模拟实验研究装置系统的电源供给，维持整个模拟实验研究装置的运行，检查完毕后关闭电源；

步骤3.打开铜夹固定装置将加锚岩体试块放置于加速腐蚀试验箱，并使突出试件的锚固钢筋与铜夹吻合，而后拧紧固定铜夹的螺丝使两者紧密贴合，此外，将碳棒同样固定于另外的铜夹固定装置中，电源的两极至此准备完毕；

步骤4.打开海水储存装置开关，此时装置内储存的海水温度以及海水中的氯离子浓度将会显示在电子显示屏上，通过调节温度升高、降低按钮控制海水储存装置内海水的温度一定，同时实时监测氯离子浓度为后续的加速腐蚀试验研究提供数据的支持；

步骤5.再次检查通过导线连接的电化学基站与加速腐蚀装置两极的连接是否正常，在正常状态下保证铜夹不再松动，打开加速腐蚀试验箱以及电化学基站的开关；

实验开始时首先旋转电压旋钮，将电压调至3V～5V之间，将导线短接并旋转电流旋钮将电流调置100mA，而后将导线正常接入加速腐蚀试验箱的两极，加锚节理岩体的钢筋作为阴极与电化学基站连接，碳棒作为阳极与电化学基站相连；然后再调节电压至10V，如此按照所需的腐蚀时间进行加速腐蚀试验，实验过程既模拟了锚筋在实际环境中的腐蚀，同时又借助于电化学基站加速了腐蚀的时间，实验过程中能够保证两组试块同时进行加速腐蚀；

步骤5试验结束后通过指环将透明钢化塑料盖取下，并取下加锚节理岩体试块进行后续的研究。

本实用新型装置相比于其他装置而言，具有明显的优点：

(1)能够相似模拟海洋的实地环境，并为加锚节理岩体在海洋环境下的腐蚀提供足够的试验空间，能够实时监测氯离子浓度并且保证实验时海水量一定；

(2)实验时产生的有害气体通过滤液吸收，保护大气环境的同时也有益于实验人员的健康；

(3)本实验装置操作简单，可设计性强，应用面广，可随时观测实验现象。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

附图1本实用新型各装置系统布置示意图。

附图2为加速腐蚀试验箱内部结构俯视图。

附图3海水储存装置腐蚀图。

附图4为顶部透明钢化塑料盖。

图中，1-1为海水储存装置、1-2为电子显示器，1-3为温度升高按钮、1-4为温度降低按钮，1-5为氯离子浓度测定仪、1-6为加热系统，1-7为导管、1-8为电磁阀、1-9为加速腐蚀试验箱、1-10为水流循环装置、1-11为钢筋混凝土试块、1-12为水位监测仪、1-13为自动控温系统；1-14为导管；1-15为有害气体处理装置；1-16为排气孔；1-17为电化学基站；

1-18为电子显示器；1-19为电流控制旋钮；1-20为电压控制旋钮，1-21为水流速度调节器；2-1为铜夹固定装置、2-2为螺丝；2-3为碳棒；2-4为铜夹固定装置；2-5为螺丝；2-6为钢筋；2-7为水流涌动装置；3-1为加热U形管；3-2为U形管底座；3-3为制冷装置；4-1为顶部透明钢化塑料盖；指环4-2。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

术语解释部分:本实用新型中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

正如背景技术所介绍的，在海底隧道施工中锚固支护结构极为常用，由于海底隧道锚固支护结构岩体破碎，断续节理发育，海水的渗透将会使得锚杆支护结构始终处于腐蚀性环境中，在海水长期侵蚀作用下，加锚节理岩体容易产生锈蚀膨胀，从而造成锚固支护结构力学性能的退化。因此，海底隧道断续节理发育区加锚节理岩体的腐蚀研究在海底隧道施工、近海岸的基坑支护等工程领域是非常具有意义的一项工作，研究加锚节理岩体在海洋环境下的腐蚀机理显得尤为重要。然而实际上研究锚杆和岩体、注浆体或者混凝土相互作用下的试验流程及装置却很少见，已有的加速腐蚀装置并不能按照海洋环境进行相似的模拟实验，专利号为201620625057.5的中国专利文献公开了一种模拟加速腐蚀试验箱，其优点在于有效模拟了试块的干湿环境，但其操作较为复杂，也未能模仿海洋环境，专利号为201621007624.7的中国专利文献公开了一种模拟海洋环境加速腐蚀实验装置，其优点在于有效模拟了海洋环境，但遗憾的是该装置由于空间有限不能作为加锚节理岩体加速腐蚀的实验装置，专利号为201720278349.0的中国专利文献公开了一种金属腐蚀加速实验装置，其优点在于保证实验过程中可以保持试验箱水容量一定，但其弊端也在于试验装置冗杂，操作不便，本实用新型既模拟了海洋环境，同时为加锚节理岩体提供足够的试验空间，操作简便并且保护环境。

如图1-图4所示，一种海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置，该装置主要包括海水储存装置1-1、加速腐蚀试验箱1-9、电化学基站1-17以及有害气体处理装置1-15，

海水储存装置1-1、有害气体处理装置1-15均与加速腐蚀试验箱1-9相连，且电化学基站1-17通过导线与加速腐蚀试验箱1-9内的碳棒和锚筋相连实现加速腐蚀；

所述海水储存装置包括储存的海水箱体、氯离子浓度测定仪1-5、加热系统3-1、制冷系统3-3以及用于显示氯离子浓度和海水温度的电子显示器1-2；

所述加速腐蚀试验箱包括加锚节理岩体试块1-11、碳棒2-3、水位监测仪1-12、自动控温系统1-13、水流循环装置1-10、水流涌动装置2-7；

所述有害气体处理装置包含过滤液及排气孔1-16；

所述电化学基站包括电压调制旋钮1-20、电流调制旋钮1-19以及用于显示电压以及电流的电子显示器1-18。

加速腐蚀试验箱1-9用于加锚节理岩体在海水环境下的腐蚀实验研究，加速腐蚀试验箱1-9材料为透明钢化透明塑料，优选地厚度选择为8mm，四面顶部的内外表面均有错层，优选地，使得外表面比内表面高出5mm，便于透明钢化塑料盖4-1(厚度为5mm)与试验箱四面紧密贴合，防止有害气体的散出，同时便于观察实验现象。

加速腐蚀试验箱1-9内碳棒2-3将固定于铜夹2-1中，两者通过螺丝2-2紧密连接，铜夹2-1用于固定碳棒的同时充当碳棒与电化学基站的导线连接功能。碳棒在实验过程中作为加速腐蚀系统中的阳极与电化学基站相连。

钢筋混凝土的钢筋2-6外露部分固定于铜夹2-4中，两者通过螺丝2-5紧密连接。铜夹2-1用于固定碳棒的同时充当钢筋与电化学基站的导线连接功能。钢筋在实验过程中作为加速腐蚀系统中的阴极与电化学基站相连。

加速腐蚀试验箱1-9底部含有两个水流涌动装置2-7，通过控制螺旋桨的转速从而模拟海水的波动情况。

加速腐蚀试验箱1-9侧方有两个水流循环装置1-10，借助微型潜水泵的作用实现水流的循环，从而模拟实际环境下的海水流动情况。水流循环装置设置3个级别，优选地，水流循环装置设置3个级别，优选地，设置低速、中速、高速3个等级。实际操作过程中随着级别的升高水流速度依次增大：当级别位于低速挡时，流速较小，水流各层或微小流束上的质点彼此互不掺混，此时符合层流的相关特征；当级别位于高速挡时，水流较大，流层逐渐不稳定，质点相互掺混，液体质点运动极不规则，此时符合紊流的相关特征，通过控制速度从而达到控制水流特征的效果，进一步模拟实际海洋环境下海水不同流速和不同流动特征情况下对于加锚节理岩体的影响。

海水储存装置1-1用于及时补充实验时所需海水的容量，同时监测实验进行状态下海水的温度以及其中氯离子的浓度。其与加速腐蚀试验箱1-9通过导管1-7相连，其中导管1-7之间存在电磁阀1-8，水位监测仪1-12与电磁阀1-8相连，通过控制电磁阀1-8的开关从而根据实际情况向加速腐蚀试验箱注入海水，保证了实验时试验箱内的海水的容量一定。

海水储存装置1-1包括升温按钮1-3和降温按钮1-4，通过调节此按钮实现实验时海水水温一定。海水储存装置1-1含有制冷装置3-3以及加热系统3-1，制冷装置3-3与降温按钮1-4相连，升温按钮1-3与加热系统3-1相连；用于控制试验箱内温度的恒定。

电化学基站1-17包括可调输入电压旋钮1-20与电流旋钮1-19，同时将实时电压与电流显示在显示屏1-18上。电化学基站实验步骤如下：实验开始时首先旋转电压旋钮1-20将电压调至3V～5V之间，将导线短接并旋转电流旋钮1-19将电流调置100mA，而后将导线正常接入加速腐蚀试验箱的碳棒和钢筋的铜夹2-1上，调节电压至10V，如此按照所需的腐蚀时间进行加速试验，实验过程中两组试块同时进行加速腐蚀，实验过程既模拟了锚筋在实际环境中的腐蚀，同时又借助于电化学基站加速了腐蚀的时间。

有害气体处理装置1-15内包含过滤液吸收实验过程中有害气体，其他无害气体通过排气孔1-16排出。有害气体处理装置1-15与加速腐蚀试验箱1-9通过导管1-14相连。

试验结束后通过指环4-2将透明钢化塑料盖4-1取下，将钢筋混凝土试块1-11取出进行研究。

海洋侵蚀环境下加锚节理岩体加速腐蚀的模拟实验研究装置进行实验的步骤如下：

步骤1.实验开始前，在海水储存装置中加入一定量的海水，使得海水储存装置能够及时向加速腐蚀试验箱中充入海水；同时准备有害气体处理装置内的滤液，保证在实验过程中生成的有害气体能够及时被吸收；

步骤2.打开总电源，检查在整个装置系统处于待机状态下指示灯是否保持正常状态，从而保证模拟实验研究装置系统的电源供给，维持整个模拟实验研究装置的运行，检查完毕后关闭电源；

步骤3.打开铜夹固定装置将加锚岩体试块放置于加速腐蚀试验箱，并使突出试件的锚固钢筋与铜夹吻合，而后拧紧固定铜夹的螺丝使两者紧密贴合，此外，将碳棒同样固定于另外的铜夹固定装置中，电源的两极至此准备完毕；

步骤4.打开海水储存装置开关，此时装置内储存的海水温度以及海水中的氯离子浓度将会显示在电子显示屏上，通过调节温度升高、降低按钮控制海水储存装置内海水的温度恒定，同时实时监测氯离子浓度为后续的加速腐蚀试验研究提供数据的支持；

步骤5.再次检查通过导线连接的电化学基站与加速腐蚀装置两极的连接是否正常，在正常状态下保证铜夹不再松动，打开加速腐蚀试验箱以及电化学基站的开关；

实验开始时首先旋转电压旋钮，将电压调至3V～5V之间，将导线短接并旋转电流旋钮将电流调置100mA，而后将导线正常接入加速腐蚀试验箱的两极，加锚节理岩体的钢筋作为阴极与电化学基站连接，碳棒作为阳极与电化学基站相连；然后再调节电压至10V，如此按照所需的腐蚀时间进行加速腐蚀试验，实验过程中两组试块同时进行加速腐蚀；

步骤5试验结束后通过指环将透明钢化塑料盖取下，并取下加锚节理岩体试块进行后续的研究。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。