[发明专利]一种节理岩体在不同围压下开挖瞬态卸荷松动模拟系统

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程模型实验装置领域，尤其涉及一种节理岩体在不同围压下开挖瞬态卸荷松动模拟系统。

背景技术

在长期的地质构造运动以及人为扰动作用下，自然界的岩体中会形成各种错综复杂、方向各异的节理。而在深部地下工程爆破开挖过程中，由于开挖扰动导致周围岩体的瞬态卸荷和应力重分布，尤其是在含有节理的岩体中爆破开挖时，通常会表现出节理岩体松动效应。爆破开挖会使开挖面上的初始应力全部或者部分卸除，从而改变了原始节理岩体的几何形状，导致其边界条件和荷载条件发生变化，可能带来严重的节理岩体稳定或变形控制难题。

然而，以往都是通过理论分析和数值模拟的方法对有关节理岩体开挖瞬态卸荷松动的问题进行研究，都不能直观的了解到节理岩体开挖瞬态卸荷松动过程中的应变、位移及振动情况。而现有的模拟开挖卸荷的试验系统卸荷速率又较慢，无法对节理岩体模型上所受到的荷载进行快速的卸除，所以节理岩体在卸荷时的应变率较低，不符合工程中实际的卸荷情况。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种节理岩体在不同围压下开挖瞬态卸荷松动模拟系统，能够实现节理岩体模型在不同围压作用下的快速卸荷，并使得节理岩体模型产生较大的振动和应变率，与实际工程中的卸荷情况更为相符。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种节理岩体在不同围压下开挖瞬态卸荷松动模拟系统，其特征在于：包括加载系统29、加载装置支撑台25、杠杆15、杠杆支撑14、过渡块17、过渡块垫盒26、带圆槽的实验台27、一端封闭的钢铁圆管23、空压机38、设置有位移刻度标记的120°弧形混凝土柱24、弧形气囊20、节理岩体模型18和监测系统；

加载系统29设置在加载装置支撑台25上，过渡块垫盒26位于加载装置支撑台25与带圆槽的实验台27之间，一端封闭的钢铁圆管23设置在带圆槽的实验台27上；

监测系统包括设置在实验台27外部的高速摄影仪31和计算机37，设置在节理岩体模型18表面的应变计及与其连接的动态应变仪32、振动传感器及与其连接的振动信号采集器33、压力传感器及与其连接的动态信号采集仪36，设置在节理岩体模型18内部的加速度传感器及与其连接的加速度信号采集器34、位移传感器及与其连接的位移信号采集器35，高速摄影仪31、动态应变仪32、振动信号采集器33、动态信号采集仪36、加速度信号采集器34、位移信号采集器35均与计算机37相连；

加载系统29包括液压缸、带螺纹的圆形钢条11、吸盘式电磁铁12、承拉铁块13；

弧形气囊20位于节理岩体模型18上，弧形气囊20上设有排气孔21、打气孔22，打气孔22由进气管与空压机38相连，排气孔21与排气管相连，排气管上设有电控放气阀门39；

过渡块17的一端位于钢铁圆管23的另一端开口处并与节理岩体模型18相接触，杠杆15固定在杠杆支撑14上，杠杆支撑14固定在过渡块垫盒26上，杠杆15的一端插入过渡块17另一端的孔中，杠杆15的另一端上固定有承拉铁块13；承拉铁块13的另一侧设有吸盘式电磁铁12，吸盘式电磁铁12与带螺纹的圆形钢条11的一端相连，带螺纹的圆形钢条11的另一端与加载系统29的活塞7相连；

节理岩体模型18位于一端封闭的钢铁圆管23内，并位于设置有位移刻度标记的120°弧形混凝土柱24上；一端封闭的钢铁圆管23的内弧半径与弧形混凝土柱24的外弧半径一致，弧形混凝土柱24的内弧半径与节理岩体模型18的半径一致，弧形混凝土柱24内弧上设置有位移刻度标记；弧形气囊20的外弧半径与一端封闭的钢铁圆管23的内弧半径一致。

按上述技术方案，将弧形气囊20充满气体后，气囊20与弧形混凝土柱24组成一个内直径50mm、外直径150mm的圆环柱。

按上述技术方案，在一端封闭的钢铁圆管23内部左上边和右上边分别等距布置5个弧形气囊20。

按上述技术方案，节理岩体模型为：完整节理岩体模型、单节理岩体模型或/和多节理岩体模型，采用石膏制成；以设置有位移刻度标记的120°弧形混凝土柱24上表面设置有槽尺寸长490mm、半径25mm的弧为例，与该尺寸槽相适配的节理岩体模型18的半径也为25mm，其中，完整节理岩体模型尺寸为长500mm、半径25mm的圆柱体；单节理岩体模型可以为1个长450mm、半径25mm的圆柱体和1个长50mm、半径25mm的圆柱体；多节理岩体模型可以为1个长250mm、半径25mm的圆柱体和5个长50mm、半径25mm的圆柱体组成。