[发明专利]一种地质力学模型试验中真三轴加载装置和方法

说明书

本发明公开了一种地质力学模型试验中真三轴加载装置及方法，其特征在于，包括由六个加载板组合而成的箱式空间，每个加载板包括连接在一起的加载主板和加载副板，所述的加载主板为可拓展齿形板，其在加载过程中直接接触试验体；所述的加载副板上预留有连接孔，该孔连接导向杆和动力机构，动力机构用来控制加载板的运行方向，并将荷载均匀传递到试验体上；从而实现真三轴地质力学模型试验加载装置的运行；并且预留开挖洞口，可开展真三轴加载条件下的洞室开挖试验。

技术领域

本发明属于地质力学模型试验领域，具体指大型地质力学模型试验中真三轴加载装置和方法。

背景技术

随着交通工程建设的飞速发展，我国已成为世界上隧道工程数量最多、最复杂、发展最快的国家。由于隧道修建区域地质条件的复杂性，地下水成为了引发隧道施工过程灾害事故的最主要因素之一，隧道突涌水灾害由于其高突发性、强破坏性，往往造成重大的人员伤亡和财产损失，因此对隧道突涌水灾害发生机理及控制技术进行研究，成为了国家重大基础设施建设的一大需求。由于研究水平及科学技术的限制，地质力学模型试验成为了研究隧道等地下工程地质灾害演化过程的一种重要方法，根据相似理论，建立隧道地质条件模型，对其地应力状态进行真实的三维加载模拟，迫切需要建立一套行之有效的加载装置和方法。

发明内容

由于工程地质条件的复杂性和多样形，隧道等地下工程在修建时期，常常遇到软岩大变形等不良地质状况，从而容易引发较为严重的地质灾害。本发明要解决的技术问题是大型地质力学模型试验中允许试验体较大变形的真三轴地应力模拟加载，为软岩等不良地质条件下三维地应力状态对隧道等地下工程围岩稳定性影响规律研究提供了理论参考和技术指导。

本发明采用的技术方案如下：

一种地质力学模型试验中真三轴加载装置，包括由六个加载板组合而成的箱式空间，每个加载板包括连接在一起的加载主板和加载副板，所述的加载主板为可拓展齿形板，其在加载过程中直接接触试验体；所述的加载副板上预留有连接孔，该孔连接导向杆和动力机构，动力机构用来控制加载板的运行方向，并将荷载均匀传递到试验体上；从而实现真三轴地质力学模型试验加载装置的运行。

进一步的，所述的可拓展齿形板包括多块齿形板，多块齿形板组合在一起形成一个四面为锯齿的矩形板结构。

进一步的，所述的加载副板为一个矩形板，其设置在加载主板的外侧。

进一步的，位于不同面的加载主板之间通过锯齿进行啮合。

进一步的，所述的前加载板上预留操作洞口，以方便试验过程中对试验体进行开挖等操作。

具体的实验方法如下：

1)按照技术要求，制作齿形加载钢板；为保证齿形加载板能够正确啮合，各加载板需要进行错位设计，并且根据试验体大小，将齿形加载板进行拼装，并与加载副板用螺栓连接；

2)将拼装好的各加载板进行空间位置的组装，主要包括前加载板、后加载板、左加载板、右加载板、顶加载板和底加载板；各加载板组成三轴加载系统，可以实现对试验体的三维地应力模拟加载；并且在前加载板上预留操作洞口，以方便试验过程中对试验体进行开挖等操作；

3)将地质力学模型试验各加载板通过螺栓与导向杆、油压千斤顶进行连接，根据试验体规模大小和加载板尺寸，合理设计导向杆、油压千斤顶数量和布局；一般来讲，为了满足试验精度要求，需要将导向杆进行均匀、对称分布；为了满足荷载的匀速传递和均匀分布，油压千斤顶一般也需要均匀布置；导向杆和油压千斤顶错位布置，在加载过程中，保证互不干涉，互不影响；

4)配合使用油压加载控制装置、地质力学模型试验反力架及其它辅助配套设施，实现真三轴地质力学模型试验加载；该真三轴地质力学模型试验加载过程中，可实现各加载板的独立运行，通过设置不同的加载速率、保压时间，从而实现对试验体三维地应力状态的真实模拟。