[发明专利]模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置的试验方法，其特征在于，

包括模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置，实验装置的三维模型包括反力架（1），承压板（2），液压千斤顶（3），连接螺栓（5），连接板（15），螺孔（16），螺母（19），三维模型中每个加载面由多块承压板（2）组成，每块承压板（2）之间通过连接板（15）连接，连接板（15）上设有螺孔（16），连接螺栓（5）穿过螺孔（16）与螺母（19）连接，相邻的两块承压板（2）由连接螺栓（5）、螺母（19）和连接板（15）相连，三维模型上左右前后五个加载面上均设有液压千斤顶（3），液压千斤顶（3）在每一面等间距设置三排，每排等间距设有三个液压千斤顶（3），承压板（2）上均匀分布九个液压千斤顶（3），每排液压千斤顶（3）上方有反力架（1），液压千斤顶（3）的底座与反力架（1）连接，液压千斤顶（3）通过液压千斤顶控制线路（7）与液压千斤顶控制开关（6）相连，液压千斤顶（3）通过液压管路（9）与液压泵站（8）相连，液压泵站（8）与电脑（10）相连，前后两个加载面中心位置的承压板（2）内设有孔洞（14），相似材料试样（17）内部设有多处爆破孔（4），爆破孔（4）通过爆破引线（12）与爆破控制开关（11）相连，相似材料试样（17）内部埋设应变片（13），应变片（13）通过导线与应变仪（18）相连，应变仪（18）与电脑（10）相连；

按照以下步骤进行：

步骤一、相似材料试样（17）的加工：将三维模型的前后左右四个面的承压板固定好，在中间试验室内进行相似材料试样（17）的浇筑，从三维模型的上侧进行浇筑相似材料试样（17），根据巷道断面形状布置爆破孔（4）和埋设应变片（13），在浇筑试样的过程中，根据不同巷道断面形状中的爆破孔（4）的不同位置，做好标记，以便在相应的位置埋设炸药；

步骤二、固定相似材料试样（17）：正方体相似材料试样（17）放在一种模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置中通过液压千斤顶加卸载系统给垂直方向施加0-1kN的力，然后在水平方向加载，力的大小与垂直方向的力相等，前后两个加载面虽然开设有孔洞（14），但是每个加载面的承压板（2）已经形成了一个整体，在液压千斤顶（3）的加载过程中使相似材料试样（17）前后两侧受力均匀，在电脑软件的控制下保证X、Y、Z三个方向施加的力大小相同，垂直方向为Z方向，水平方向为X方向和Y方向；

步骤三、三维加载：相似材料试样（17）固定在一种模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置之后，同时保持X、Y、Z三个方向加载速率相同，利用液压千斤顶（3）将垂直方向和水平方向的应力加载至设定深度处的三维应力水平，用以模拟不同深度的应力环境；

步骤四、模拟爆破开挖卸荷：三维模型的上左右前后五个加载面上均有液压千斤顶（3），液压千斤顶（3）在每一面设置三排，每排液压千斤顶（3）上方有反力架（1），通过电脑（10）控制液压泵站（8）内高压油的量，高压油由液压管路（9）注入到液压千斤顶（3）内部，推动液压千斤顶（3）的活塞运动，液压千斤顶（3）作用于承压板（2）上，前后两个加载面中心位置的承压板（2）内设有孔洞（14），孔洞（14）用于爆破后的碎屑清理，以及安装用来观测洞壁围岩的破坏过程监控摄像头，根据不同巷道断面形状爆破开挖的布置方式来埋设适量的炸药，从而形成相应的爆破孔（4），连接好爆破引线（12），通过爆破控制开关（11）进行控制爆破；

步骤五、爆破数据处理与分析：引爆炸药后，通过应变仪（18）采集爆破过程中巷道围岩的应力应变数据，数据通过电脑（10）进行处理；

步骤六、安装监控摄像头：完成爆破开挖后，在巷道轴线方向安装监控摄像头实时监控巷道洞壁围岩的破坏过程，继续增加垂直应力，通过摄像机及声发射系统实时监控洞壁的破坏过程。

2.根据权利要求1所述的模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置的试验方法，其特征在于，所述反力架（1），承压板（2），连接板（15），液压千斤顶（3），连接螺栓（5），螺母（19），液压千斤顶控制开关（6），液压千斤顶控制线路（7），液压泵站（8），液压管路（9）组成液压千斤顶加卸载系统。

3.根据权利要求1所述的模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置的试验方法，其特征在于，所述三维模型的每一个加载面由9块承压板（2）通过连接螺栓（5）、螺母（19）及连接板（15）进行连接组装形成。