[发明专利]岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统及其试验方法在审

专利信息
申请号: 201510617388.4 申请日: 2015-09-24
公开(公告)号: CN105136582A 公开(公告)日: 2015-12-09
发明(设计)人: 蔚立元;苏海健;靖洪文;吴兴杰;刘贵周 申请(专利权)人: 中国矿业大学
主分类号: G01N3/12 分类号: G01N3/12;G01N33/00
代理公司: 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 代理人: 杨晓玲
地址: 221116 江苏省*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 岩溶 隧道 防突岩盘 失稳 破坏 模型 试验 系统 及其 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种围岩破坏模型试验系统及试验方法,特别是一种岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统及其试验方法。

背景技术

随着我国大型地下工程的建设,突水灾害对工程建设带来了巨大的安全隐患和经济损失,因而地下工程突水问题已经得到了越来越多的重视。其中一种常见的情况是,地下空间开挖后,围岩后侧的承压水使围岩遭到破坏从而引发突水灾害。地下空间和承压水之间的岩体相当于防突岩盘,防突岩盘在所处地应力状态和后侧水压力的共同作用下能否保持稳定成为突水灾害是否发生的关键,同时,对防突岩盘在地应力和水压力共同作用下的变形及破坏特征的研究对于地下工程突水灾害的预测和防治都有非常重要的指导作用。

申请号为CN200810031466的发明专利和《岩石力学与工程学报》第28卷第7期《深部开采承压突水机制相似物理模型试验系统研制及应用》介绍了一种水下开采顶板渗流突水试验方法及装置,但该装置在考虑流固耦合的情况下只能单独考虑类岩石模型在水平向荷载和水压力的共同作用而不能对试验模型施加竖直荷载。

申请号为CN201510018120的发明专利和申请号为CN201520026035的实用新型专利介绍了一种深埋隧道突水灾害二维物理模拟试验系统及其试验方法,试验系统实现了深埋隧道渗流、突水过程中围岩破裂演化特征的可视性,但该试验系统只能对模型的竖向进行加载而不能对模型的水平方向加载。

申请号为CN201510179803的发明专利和申请号为CN201520229367的实用新型专利介绍了一种模拟隧道突水的可视化模型试验装置及方法,专利通过岩石相似材料和高压水泵研究了不同水压、不同岩性、不同防突岩体厚度下突水过程中防突岩体裂纹扩展和突水通道形成过程,但是这种专利和方法无法对类岩石材料施加荷载,因而不能模拟自然岩体所处的应力环境。

上述已有专利对地下工程突水问题的研究一方面侧重于研究渗流过程中渗流通道的形成及围岩涌突水过程,而缺乏对地应力和承压水耦合作用下防突岩盘结构性失稳破坏的研究,另一方面,已有专利不能对模型施加荷载或者只能对模型施加一个方向的主动荷载,这与地下工程开挖后围岩处于两向应力状态的工程实际是不符的。另外,已有的专利设计中模型的体量都非常大,试验模型的铺设过程复杂,造价昂贵,费力费时,试验效率较低,而且试验监测技术不够精准。

发明内容

发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统及其试验方法,能够实现模拟地下工程围岩中防突岩盘在地应力和水压力作用下的变形破坏特征。

为实现上述目的,本发明的技术方案如下:岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统包括基座(1)、圆形承载架(2)、分离组合式均布加载装置(3)、承载台(4)、电液伺服控制作动器(5)、电液伺服控制箱(6)、三维数字照相装置(7)、三维声发射装置(8)、试验模型(9)、千斤顶(10)和承载板(11);圆形承载架(2)安装在基座(1)上,在圆形承载架(2)上连接有分离组合式均布加载装置(3)和承载台(4),分离组合式均布加载装置(3)与承载台(4)构成四方形承载室,承载台(4)位于下端,分离组合式均布加载装置(3)位于上端和左右两端并由千斤顶(10)和承载板(11)组成,在承载室内侧有电液伺服控制作动器(5),电液伺服控制作动器(5)利用自身千斤顶(10)部分施加荷载,承载板(11)构成试验容器,在试验容器内有试验模型(9);在试验模型上粘贴声发射探头并连接三维声发射装置(8),电液伺服控制箱(6)的控制线与分离组合式均布加载装置(3)和电液伺服控制作动器(5)连接,在试验容器的前面有三维数字照相装置(7)。

岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统及其试验方法,包括以下试验步骤:

1)根据实际中岩溶隧道的防突岩盘性质,按照试验具体要求制作试验模型,模型的尺寸应略大于加载板的尺寸,并对模型的上下和左右四个侧面进行处理,以达到增大表面摩擦力的目的;

2)将试验模型放在承载台上并与承载台边界对齐,在模型的前后两个表面分别至少粘贴两个声发射探头,并调试三维数字照相装置图像清晰,三维声发射装置使用正常,并开始启动三维数字照相装置和三维声发射装置;

3)之后通过控制电液伺服控制箱利用分离组合式均布加载装置对试验模型水平和竖直方向进行加载,根据工程实际中地应力大小和试验设计,加载至预定荷载;

4)再利用电液伺服控制箱启动电液伺服控制作动器,根据实际岩溶隧道中水压力的大小和试验设计对试验模型进行加载;

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