本发明申请涉及岩体模型模拟试验，具体涉及一种基于类岩石树脂的工程岩体锚固失稳仿真试件及其制备方法。
背景技术：
1、当前，岩体锚固技术已广泛应用于各类工程技术领域，其中之一便是边坡加固，边坡锚固失稳是世界范围内广泛分布的常见地质灾害，直接威胁着人们的生命财产、重大工程建设和生态环境等方面的安全。预应力锚固是边坡加固的常用技术手段，已在高速公路、铁路、水利和建筑等众多领域的边坡防护工程中得到广泛的应用。然而锚固结构的预应力会随岩体温度、岩体蠕变、钢材松弛及地下水等因素的变化而变化；另外，受荷载作用及各种突发性外在因素的影响，锚固结构还会面临损伤积累，继而导致粘结破坏、锚固件拉断或剪切破坏、锚失效等各种形式的锚固体系失效，从而影响着岩体结构的稳定，导致工程安全受到威胁。目前，国内外对预应力锚杆失效后所加固边坡稳定性劣化过程及影响机理的研究还较少，滞后的理论研究导致工程施工中或完工后都出现了不同程度的锚固边坡失稳事故，既严重阻塞交通，又破坏环境景观和生态平衡，进而导致较大的经济损失。研究锚固结构的失效对边坡稳定性的影响机理，对指导工程实践和建设质量具有重要的理论意义和实际的应用价值。
2、由于岩土工程和边坡工程的特性，锚固结构和不良地质体是影响边坡稳定性的重要因素，天然岩体的不透明性使人们无法直观地了解到其内部结构的破坏演化规律，传统的应变片及荷载传感器、ct扫描、核磁共振成像技术等试验方法耗时耗材，成本昂贵且依旧缺乏直观性。有国内外学者以岩石和砂浆作为相似材料来模拟研究边坡岩体的破裂演化规律，但缺点是材料不透明，无法直观的观察岩体内部结构的破环演化过程，且难以模拟出真实的工程工况。
3、公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本技术的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、发明人通过研究发现，当前研究边坡锚固失稳对破坏规律的难点在于：不能够直观清楚观察到锚固结构对于边坡失稳的作用规律，以及边坡面无法有效模拟制作和锚固结构的埋设问题等。为此，本技术通过在高脆性透明树脂中选择埋设具有较好仿真特性的断层构造及锚固结构，以构建得到能够用于工程岩体锚固失稳仿真的试验试件，并提供了能够保证试件质量的仿真试件制备方法。
2、根据本技术公开的一个方面，提供一种基于类岩石树脂的工程岩体锚固失稳仿真试件，用以试验模拟工程岩体在锚固失稳时支护结构的损伤演化规律以及岩体的变形破坏全过程，其包括由高脆性透明树脂浇注成型的用以模拟工程岩体的类岩体及埋设其内的支护结构和地质构造；
3、所述支护结构包括预应力锚具，其是由对应的缩尺锚杆经先张或后张法施加预应力而形成；所述地质构造包括断层模型；所述高脆性透明树脂由cy-39型环氧树脂、ys-t31型固化剂以100：30～35的质量比混合而成，其于-15～-10℃下具有良好的类岩石特性。
4、可通过常规的模型试验相似比来确定仿真试件的各项几何、物理及力学参数。
5、在本技术公开的一些实施例中，所述缩尺锚杆包括依次螺接的锚头、杆体及锚固尾座；所述锚头顶部呈锥头状，其外圆周面上布设有用以增加锚固力的螺纹槽；所述锚固尾座包括垫板及穿设于垫板上、用于螺接所述杆体的六角螺母。锚固尾座可为一体式，整体形状为厚度渐变的垫板和变截面六角螺母，截面变大因此可承受高应力，六角螺母内部设有螺纹，用于和杆体连接并固定在边坡上。
6、在本技术公开的一些实施例中，所述缩尺锚杆还包括：
7、由高脆性透明树脂浇注成型的加长杆，其一端包裹固定所述锚头，另一端为用于连接对应的张拉设备的夹持部，以用于实现先张法预应力的施加；或者
8、由高脆性透明树脂浇注成型的薄壁状的防渗套筒，用于以套装在所述杆体外，防止类岩体浇注料与杆体的粘结，以实现对所述缩尺锚杆进行后张法预应力的施加。
9、在本技术公开的一些实施例中，所述断层模型由透明的pp板依据所模拟的岩体断层构造而制成。
10、根据本技术公开的一个方面，提供一种工程岩体锚固失稳仿真试件的制备方法，包括如下步骤：
11、（1）浇注料配制：取cy-39型环氧树脂、ys-t31型固化剂按100：32.5的质量比混合、搅拌均匀后于真空环境下去除气泡，得树脂浇注料备用；
12、（2）试件浇注模具设置：基于试验的缩尺比例，裁设对应形状尺寸的模具板，及一个用以模拟边坡的pla塑料块体，由其围设形成对应形状的试件浇注模具；
13、（3）断层构造设置：由透明的pp板材裁剪成模拟试验所需形状的断层模型板，并基于所模拟的地质状况将所述断层模型板固定在所述试件浇注模具内的对应空间位置处；例如，根据地质状况确定断层位置后，在断层模型板的多个边角处打孔，孔径1 mm，以棉线穿设其中并通过棉线的另一端调节位置合适后，以强力胶粘贴固定到模具上；
14、（4）预应力锚杆布设：在所述pla块体上开设钻孔，将对应的缩尺锚杆穿设其中并密封固定；并按如下方式施加预应力：
15、①先张法：利用所述树脂浇注料浇注成型的加长杆的一端包裹固定所述锚头，其另一端及锚杆尾端分别用以对应连接张拉设备，以进行两端同时机械张拉；
16、②后张法：将由所述树脂浇注料浇注成型的防渗套筒，套装在所述杆体外且两端密封，在试件浇筑及养护完成后对所述锚杆进行张拉，随后向所述防渗套筒内密实填充所述树脂浇注料，进行二次养护；
17、（5）浇注成型及养护：向布设有对应的锚杆和断层模型的试件浇注模具内浇注所述树脂浇注料，进行去气泡处理，于24℃条件下干燥养护48 h，待浇注试件力学强度≥40mpa时脱模，再于80℃下恒温干燥养护60 h。
18、在本技术公开的一些实施例中，在所述步骤（4）中，所述预应力锚杆布设时，其与断层模型相对位置工况为下述工况中的至少一种：
19、锚头未穿过断层、锚头处在断层中、锚头穿过断层，用以模拟对比断层构造对锚固失稳所产生的效应。
20、在本技术公开的一些实施例中，在所述步骤（3）中，pp板厚度范围0.3～200 mm，外观为白色半透明状，密度为1.92 g/cm3，抗拉、抗压强度分别为29和45 mpa。
21、在本技术公开的一些实施例中，在所述步骤（4）中，所述加长杆的制作步骤如下：
22、s1 设置圆柱型或四方柱型的硅胶模具，且硅胶模具内的下部设有用以对应形成加长杆夹持部的结构；
23、s2 设置夹持设备夹持锚杆杆体对应部位，以使其锚头垂直向下没入所述硅胶模具对应的深度位置；所述夹持设备包括底座、安装于该底座上的l形支承架、安装于该l形支承架上夹具；通过改变锚杆的夹持位置以调节锚头在硅胶模具中的没入深度，以适应不同形状和大小的模具和锚杆；
24、s3 向所述硅胶模具中浇注所述树脂浇注料，养护后形成浇注树脂与锚头包裹紧密的加长杆。
25、在本技术公开的一些实施例中，在所述步骤（4）中，所述防渗套筒为薄壁圆筒形，壁厚3 mm、长度320 mm，其与锚头连接的一端设有深度1.5 mm、间距3 mm的螺纹。
26、在本技术公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，所述试件浇注模具由四个钢板和一个三棱柱形的pla塑料块体围设拼装而成，其中底部钢板长500 mm、宽300 mm、厚度20mm，设置有与上方三个侧面钢板和pla塑料块体相卡接的槽，槽口宽8 mm、深10 mm；上方相对两侧钢板长500 mm、宽300mm、厚18 mm，内侧设置有槽，槽口宽6 mm、深9 mm；两侧钢板之间通过螺柱和螺母约束固定；所述pla塑料块体半透明，熔点175℃，抗拉、抗压强度为别为103和145 mpa，其与浇筑料相接触的面为边坡塑形面（可通过热熔并抛光打磨成形）。
27、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
28、1. 本技术所述仿真试件能够仿真模拟各种岩体地质工况，能清晰地观测到荷载作用下岩体锚固失稳过程和内部的变形、位移情况，以及地质断层对剪切滑移面演化的作用规律等，其结果准确、可靠，且其制备方法简单，易于实施，成本低。
29、2. 本技术中的预应力锚固结构不仅包含与实际工况相符合的后张法预应力锚杆，还包含特定的先张法预应力锚杆的实施方式，应用场景适宜性好。
30、3. 所用树脂浇注料由透明环氧树脂与固化剂按照相应的配合比制成，相比于不透明材质，试验时可以清楚、直观的观察到位于不同区域的锚固结构失效过程及边坡锚固失稳的演化规律。
31、4. 所用锚杆根据相应的缩尺比例设置而成，锚杆、锚头及托盘通过螺纹连接，抗拉强度较高，预紧力大，相较于现有技术中仅使用钢丝或铜丝用于模拟锚杆及锚索，具有更切合实际情况的工程意义。
32、5. 浇注成型的锚杆防渗套筒，可有效防止在浇筑过程中锚杆表面被浇筑料所包裹覆盖，从而避免造成无法对锚杆进行后张拉、及张拉过程中的应力集中、锚固结构失效等问题的出现。
33、6. 所选用于边坡面成型的pla塑料块通过热熔并抛光打磨，其表面依据缩尺比例打造成与实际工况相符合的不规则曲面，可较好的模拟出真实工况下的边坡模型。