[发明专利]高地应力真三维加载模型试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种在水电、交通、能源、矿山和国防深部地下洞室工程领域使用的一种高地应力真三维加载模型试验系统。

背景技术

19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪是人类开发利用地下空间的世纪，随着我国国民经济的快速发展，许多在建和即将新建的地下工程不断走向深部。无论是矿产资源开采的地下巷道、还是交通建设的地下隧洞以及水电开发的地下洞室等都逐渐向逾千米或数千米的深部方向发展。随着埋藏深度的增加，深部洞室岩体在高地应力条件下，洞室围岩的结构、力学特性和工程响应出现了分区破裂、大变形、冲击破坏等一系列新的特征科学现象，这些特征科学现象与浅埋洞室围岩工程响应相比显著不同，因而深部岩体工程问题引起了国际上岩石力学与工程领域专家学者的极大关注，成为近几年该领域研究的热点问题。针对深部洞室工程岩体复杂的力学变形特性，一方面要借助理论研究，另一方面，更多地要借助模型试验方法进行研究。但要进行深部洞室模型试验，就必须有相应的高地应力加载模型试验系统，目前有关模型试验系统的研究现状如下：

(1)《武汉水力电力大学学报》1992年第5期介绍了一种平面应力试验装置及加载系统，其试验装置是净空为150cm×140cm封闭平面刚性加力架，加载系统由压力盒，气压泵、管路、压力表组成，试验时由气泵控制压力逐级加载或卸载。该系统为平面加载，无法实现三维加载。

(2)《岩石力学与工程学报》2004年第3期介绍了一种岩土工程多功能模拟实验装置，该装置主体加载支承结构是由上、下盖板、三角形分配块和3套互相垂直正交的拉杆系统组成。试验时模型平放在上、下盖板之间，在模型相对两边分别施加垂直和水平地应力。该系统加载试件尺寸较小且无法实现高地应力加载。

(3)《水利学报》2002第5期介绍了一种离散化三维多主应力面加载试验系统，试验装置主要由垂直立柱、封闭式钢结构环梁、支撑钢架组成，加载系统主要由高压气囊、反推力板、限位千斤顶和空气压缩机组成。其试验架尺寸较大，并实现了按主应力方向进行加载，但试验架侧向挠度变形大，加载系统无法实现高地应力加载。

(4)《岩石力学与工程学报》2004年第21期介绍了一种平面应变巷道模型试验台，模型尺寸为1m×1m×0.2m，立式布置，该试验台无法实现高地应力真三维加载。

(5)《岩石力学与工程学报》2005年第16期介绍了一种三轴软岩非线性力学试验系统，该系统能进行三轴拉压、拉剪等多种组合试验和对不同加卸载过程进行模拟，系统最大压力450kN，最大拉力75kN，试件最大尺寸为450mm×150mm×150mm。该系统模型试件尺寸较小，同时无法模拟高地应力真三维加载过程。

(6)《地下空间》2004第4期介绍了一种公路隧道结构与围岩综合实验系统，该系统基于“先加载、后挖洞”的原理，采用液压千斤顶在模型试件外部加载以模拟上覆岩土层自重应力，用内置千斤顶及位移计模拟开挖体应力响应及位移变化。该系统无法模拟深部洞室高地应力真三维加载。

(7)《土木工程学报》2005年第12期，以及申请号为200510045291.7的中国专利介绍了一种新型岩土地质力学模型试验系统，该系统主要由盒式台架装置、带扁千斤顶的变荷加载板、液压加载控制试验台组成。该系统具有规模大、组装灵活、尺寸可调、能进行同步非均匀加载的优点，但系统只能进行平面加载且加载荷载值有限，无法模拟深部洞室高地应力真三维加载过程。

(8)《岩石力学与工程学报》2008年第1期介绍了一种伺服控制高温高压岩体三轴试验机，该试验机可进行高温高压条件下的岩石假三轴试验，试样尺寸为φ200mm×400mm。该试验机主要用于高温条件下的加载，虽然加载压力较高，但无法实现岩体试件的真三轴加载，且试样尺寸较小。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种智能化的、可模拟大尺寸岩体试件高地应力同步、独立加载的真三维加载模型试验系统。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：一种高地应力真三维加载模型试验系统，包括智能液压控制系统、高压加载系统和反力装置系统，高压加载系统设置于反力装置系统内，智能液压控制系统的智能液压控制试验台通过高压油管与高压加载系统连接，高压加载系统包括千斤顶和加载板，千斤顶的一端与加载板连接，另一端与反力装置系统连接，与千斤顶相连的六块加载板分别紧贴在试验模型的前、后、左、右、上、下六个侧面上。