[发明专利]硐室岩壁脆剪过渡式破坏模拟仪

说明书

本发明提供一种硐室岩壁脆剪过渡式破坏模拟仪，属于岩石破坏定位与监测技术领域。该模拟仪包括前腹板、左腹板、四孔腹板、半窗腹板、全窗腹板、后腹板和底座，左腹板内仓侧设有一对楔形板，对试样位置进行调整，试样除前侧外其余五个面均有垫板，三个侧向垫板上有四个钻孔，前腹板有一个观察窗，窗上有预留孔，用以安装纵向LVDT位移传感器和内窥激光散斑观察纵向应变位移和试样内部破损。前后腹板采用高强度螺栓与侧腹板连接，置于底座上，整个装置放在压力机上进行加载，通过内窥激光散斑、数字图像技术、LVDT技术、声发射技术定位试样的变形和开裂破坏，观察岩石表面破坏现象，可适用花岗岩等高强度岩石。该模拟仪组装方便，操作简单。

技术领域

本发明涉及岩石破坏定位与监测技术领域，特别是指一种硐室岩壁脆剪过渡式破坏模拟仪。

背景技术

深部岩体所受应力条件复杂，地应力随着埋深的增加逐渐加大，岩体的应力路径发生变化，破坏模式也发生转变，深部硐室岩壁的脆剪过渡式破坏较为常见，围岩在开挖过程中，往往未达到其单轴抗压强度便发生片帮岩爆等低强度破坏现象，因此，了解深部硐室围岩的物理力学特性是实现岩土工程开挖设计和决策科学化的必要前提。浅部地应力测量以线弹性理论为基础，围压率定测定岩石恒定变形参数。但进入深部，岩石、岩体在压力水平逐渐增大的情况下表现出明显的非线性变形特征，深部硐室围岩的所受到的应力状态是双向应力状态，围岩在平行于硐室轴向和壁面切向方向上有应力，而垂直于壁面方向上无应力，事实发现，硐室表面强度往往达不到单轴抗压强度，这种低强度脆剪过渡式破坏现象尤其在深部硐室中较为常见，到目前为止仍没有针对这种破坏现象试验研究。现有的研究指出，深部硐室围岩破坏与浅层岩体不同，破坏模拟随着深度的增加而发生转化，但目前尚无一次试验中对多种破坏模式体现和研究的试验仪器。因此，研究深部硐室围岩的破坏模式对深部开挖具有重要意义，需要研发实验室水平的双向应力状态下岩石表面破坏分析仪器，模拟围岩实际应力状态，观察监测岩石的破坏。

之前室内试验对岩石的强度研究往往集中在圆柱形试样单轴或三轴试验，而对实际岩体的双向应力状态室内模拟和平面表面试样的试验研究鲜少，发明一种更贴切实际的实验室室内模拟开挖面应力状态的实验技术和方法对研究深部岩体物理力学特性甚为关键。本发明硐室岩壁脆剪过渡式破坏模拟仪综合考虑了洞室围岩表面的几何因素(平面形状)和围岩表面岩石的双向应力状态，结合内窥激光散斑技术、LVDT技术、数字图像技术和声发射技术等新技术对试验试样的内部、外部变形和破坏进行测量和定位。相对于真三轴试验，该发明的破坏是渐进破坏，可涉及到破坏模式转化的研究，考虑几何因素，并具有一定延伸度的测量，不同于岩块，也不同于物理模拟，可获取轴线位移量、表面位移场，内部位移场，破裂声信号，压力数据等多种信息。本发明配合压力机试验，可达到很高的压力。

本发明硐室岩壁脆剪过渡式破坏模拟仪拥有带孔腹板、半窗腹板、全窗腹板三种匹配腹板，满足声发射和激光散斑技术要求，本发明能够模拟深部硐室围岩表面岩石的应力状态，监测岩体在双向应力状态下加载变形和开裂破坏，组装方便，操作简单。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种硐室岩壁脆剪过渡式破坏模拟仪。

该模拟仪包括前腹板、左腹板、四孔腹板、半窗腹板、全窗腹板、后腹板和底座，前腹板有一个观察窗，观察窗上有两个预留孔，预留孔用于观察试样表面破坏现象和安装传感器；四孔腹板、半窗腹板、全窗腹板共同组成匹配腹板，根据不同的实验要求进行选择；破坏模拟仪内部除相邻匹配腹板的垫板为玻璃垫板外，左侧和后侧垫板均为带孔普通钢性垫板；左腹板内侧为一对楔形板，用于调整适应试样尺寸；左腹板和匹配腹板通过高强度螺栓与前腹板和后腹板连接，置于底座上；玻璃垫板外依次设置四孔腹板、半窗腹板和全窗腹板。

其中，后腹板和左腹板均为带孔腹板。

匹配腹板为声发射和激光散斑技术匹配型腹板；相邻匹配腹板的玻璃垫板为玻璃钢垫板，参数如下：抗压强度为310.3MPa，拉伸强度551.6Mpa，弯曲强度689.5MPa，弹性模量为21GPa，弯曲模量34.48GPa。