本发明涉及预测模型，具体涉及多腐蚀因素耦合条件下预应力锚索材料耐久性预测模型。
背景技术：
1、预应力锚固结构多数用于关乎国计民生的重要工程当中，更有些甚至是生命线工程，大多数都作为永久性支护措施，对安全等级要求较高。但随着预应力锚固技术的大量运用，国内外出现了不少因腐蚀破坏导致锚固失效的情况。此外，国内交通、铁道等行业边坡锚固工程中关于锚索材料出现腐蚀（锈蚀）破坏失效的事例也屡见不鲜。这些工程实例均表明预应力锚固工程并非“一劳永逸”。
2、预应力锚固结构的工作环境中，往往存在以水为载体的腐蚀性介质（尤其是氯盐、硫酸盐等介质），再加上该结构自身特有的复杂构造特点、高应力工作状态、高难度施工控制以及施工及维护的高隐蔽性，使得锚索材料腐蚀问题成为困扰这种结构应用的关键问题。锚索材料耐久性是影响锚固工程寿命的关键问题之一。鉴于这类结构已出现和正面临的一些问题，预应力锚固结构材料的腐蚀耐久性问题已引起国内外学术界、工程界的重点关注。不管是既有锚固结构，还是新建锚固结构，腐蚀问题都难以避免，其耐久性评价与寿命预计问题务必解决。但是，锚索材料一旦埋入深几十米的岩体内中，要将其挖出检查服役状态，实施难度很大。为解决此问题，必须要弄清楚腐蚀的发展进程和由其引起的性能退化进程。具体来讲，需要揭示介质侵蚀下锚固结构材料的腐蚀机理，建立基于某种合理表达参数的腐蚀发展预测模型，以实现锚固结构使用寿命和安全水平合理评价，这对于保障锚固结构全寿命过程中的安全使用具有重要科学意义和实用价值。
3、虽然国内外针对预应力锚固结构的耐久性问题也进行了一定的分析研究，但是对于锚索材料耐久性影响因素的影响规律还大多停留在定性阶段，定量研究尚处于起步阶段，特别是应力腐蚀与各种影响因素的参数关系尚未确定。仅有少量学者对锚索材料腐蚀耐久性影响因素进行初步的定量化研究和评定，如李富民等研究了氯盐干湿循环作用下锚索材料的腐蚀过程，并基于hill函数，建立了以cl-浓度和锚索材料周围地面孔隙水饱和度两个因素作为自变量的腐蚀失重率时变模型，如式（1）~（3）所示：
4、 （1）
5、 （2）
6、 （3）
7、式中， r为腐蚀质量损失率， v max为hill函数逼近的最大值， t为腐蚀时间（单位：月）， c为cl-的浓度， s为孔隙水饱和度； a~h为待确定的参数。
8、李英勇、张思峰等以单位长度腐蚀量为因变量，ph值、时间、应力为自变量，尝试建立了基于单位长度腐蚀量的锚索材料耐久性寿命预测定量模型，如式（4）所示。
9、 （4）
10、式中， c 1为单位长度腐蚀量， x 1为时间； x 2为ph值，5≤ x 2≤9； x 3为应力水平， x 3= σ/ σ b， σ为当前应力， σ b为杆体抗拉屈服强度，0≤ x 3≤1； p 1 ~p 5均为待定参数。
11、随着工程界和学术界的不断探索，研究人员对影响锚固结构耐久性的腐蚀因素逐渐有了一定的认识，其主要影响因素一般有以下几种：ph值、应力水平、侵蚀性离子、锚索材料自身性能、时间等。预应力锚固结构由于其工作环境的复杂性，整个腐蚀过程不仅仅受单一腐蚀因素影响，实际工程中往往是ph值、多种侵蚀性离子、高应力水平共同作用的复合腐蚀环境。但上述模型仅考虑了氯离子的影响，或仅考虑了ph值与应力水平的共同影响，未考虑ph值、应力水平、cl-、so42-的复杂关系，因此预测的合理性不够。另外，上述模型中所考虑的腐蚀耐久性因变量主要以单位长度腐蚀质量为主，而钢绞线破断荷载和抗拉强度是锚固工程中最为关注的性能指标，关系到整个工程安全稳定性。目前，多因素耦合腐蚀条件下基于钢绞线破断荷载损失率的锚索材料寿命预测定量化模型及方法较为缺乏。
技术实现思路
1、针对以上现有技术的不足，本发明提供一种多腐蚀因素耦合条件下预应力锚索材料耐久性预测模型，适用于长期全浸或长期疏干状态下的锚索材料耐久性预测评估；该模型以数学公式的形式呈现，只需将当前锚索材料赋存环境中氯离子、硫酸根离子、ph值观测、锚索材料张拉时的应力水平以及服役时长代入方程式，即可预测锚索材料破断荷载的损失率值，为锚固结构长效运行的风险评估及安全防护干预提供决策支持。
2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
3、多腐蚀因素耦合条件下预应力锚索材料耐久性预测模型，根据ph值、应力水平、cl-浓度、so42-浓度、时间五个单因素对钢绞线破断荷载损失率的影响关系，基于不同试验条件不同时间点的试验数据，采用多元非线性拟合方法，得到基于钢绞线破断荷载损失率的多因素耦合条件下锚索材料耐久性预测模型；所述预测模型的方程式如下：
4、；
5、式中： w为腐蚀率（%）； x 1为ph值， x 2为应力水平（%）， x 2 > x0，x0为一定的应力阈值，且 x 2∈（45, 70）； x 3为cl-浓度（g/l）； x 4为so42-浓度（g/l）； t为腐蚀时间（月）； p 1 ，p 2 ，p 3 ，p 4 ， m 1 ，m 2 ，m，n 1 ，n 2为待定参数，所述待定参数 p 1 、p 2 、p 3 、p 4 、m 1 、m 2 、m、n 1 、n 2是通过预测模型方程与正交试验中所有试验数据进行多元非线性拟合得到。
6、进一步地，所述ph值、应力水平、cl-浓度、so42-浓度、时间五个单因素对钢绞线破断荷载损失率的影响关系通过正交试验，经线性拟合和非线性曲线拟合得到。
7、更进一步地，所述正交试验中，所述ph值的取值为4.0、6.5、8.5以及3.0、7.0、10.0两组；所述应力水平的取值为50%、60%、70%，以及45％、55％、65%两组；所述cl-浓度或so42-浓度的取值为0 mg/l、10000 mg/l、20000 mg/l；所述时间的取值为0~12个月。
8、进一步地，所述ph值对钢绞线破断荷载损失率影响的总体趋势采用负指数函数来描述；所述应力水平对钢绞线破断荷载损失率影响的总趋势采用线性关系来描述；所述cl-浓度或so42-浓度对钢绞线破断荷载损失率影响的总体趋势采用幂函数来描述；所述时间对钢绞线破断荷载损失率影响的趋势采用boltzmann 函数和幂函数共同来描述。
9、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
10、在现场锚索材料开挖检测技术受限的情况下，通过形成一种多因素腐蚀耦合条件下锚索材料腐蚀耐久性的预测模型与方法，为水下、地下洞室等长期全浸或长期疏干部位的预应力锚索材料钢绞线腐蚀率定量预测和使用寿命评估提供了科学方法，对保障锚固工程的安全运行具有重要的研究与工程意义。
1.多腐蚀因素耦合条件下预应力锚索材料耐久性预测模型，其特征在于，根据ph值、应力水平、cl-浓度、so42-浓度、时间五个单因素对钢绞线破断荷载损失率的影响关系，基于不同试验条件不同时间点的试验数据，采用多元非线性拟合方法，得到基于钢绞线破断荷载损失率的多因素耦合条件下锚索材料耐久性预测模型；所述预测模型的方程式如下：
2.根据权利要求1所述的多腐蚀因素耦合条件下预应力锚索材料耐久性预测模型，其特征在于，所述ph值、应力水平、cl-浓度、so42-浓度、时间五个单因素对钢绞线破断荷载损失率的影响关系通过正交试验，经线性拟合和非线性曲线拟合得到。
3.根据权利要求2所述的多腐蚀因素耦合条件下预应力锚索材料耐久性预测模型，其特征在于，所述正交试验中，ph值的取值为4.0、6.5、8.5以及3.0、7.0、10.0两组，应力水平的取值为50%、60%、70%，以及45％、55％、65%两组，cl-浓度或so42-浓度的取值为0 mg/l、10000 mg/l、20000 mg/l，时间的取值为0~12个月。
4.根据权利要求2所述的多腐蚀因素耦合条件下预应力锚索材料耐久性预测模型，其特征在于，所述ph值对钢绞线破断荷载损失率的影响关系采用负指数函数来描述。
5.根据权利要求2所述的多腐蚀因素耦合条件下预应力锚索材料耐久性预测模型，其特征在于，所述应力水平对钢绞线破断荷载损失率的影响关系采用线性关系来描述。
6.根据权利要求2所述的多腐蚀因素耦合条件下预应力锚索材料耐久性预测模型，其特征在于，所述cl-浓度或so42-浓度对钢绞线破断荷载损失率的影响关系采用幂函数来描述。
7.根据权利要求2所述的多腐蚀因素耦合条件下预应力锚索材料耐久性预测模型，其特征在于，所述时间对钢绞线破断荷载损失率的影响关系采用boltzmann 函数和幂函数共同来描述。
