[发明专利]一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置

说明书

一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，包括其特征在于：包括底部加压盘、围岩试件、钢垫片、顶部密封盘、顶部加压盘、密封固定杆，底部加压盘包含凹槽I、高压五针接线柱I、数据传输线I、螺纹孔I；围岩试件放置在底部加压盘正上方，顶部密封盘放置在钢垫片正上方，顶部加压盘放置在顶部密封盘正上方，密封固定杆及螺母来固定底部加压盘和顶部加压盘。本发明可以实现岩体内部应力的卸荷，很好地模拟三维状态下巷道开挖卸荷过程，不会对围岩产生附加扰动，能够考虑实际开挖过程中掌子面及前方待开挖岩体对围岩的支撑作用，能够获得卸荷过程中围岩的变形及声学等参数的实时响应。

技术领域

一种涉及模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，属于地下工程开挖卸荷试验技术领域。该试验装置可以实现岩体内部应力的卸荷，很好地模拟三维状态下巷道开挖卸荷过程，不会对围岩产生附加扰动，能够精确控制卸荷量及卸荷速度，模拟不同施工工法的巷道开挖卸荷。

背景技术

随着我国经济基础建设的加速发展，岩体工程的规模和数量不断增加，工程的复杂性也日益增加。特别是地下空间的开发及深部地下资源的安全高效开采，已经对岩石力学提出了更高的要求。巷道掘进实际上是卸荷过程中围岩应力状态在时间和空间上的动态调整，由开挖前的原岩应力状态调整为开挖后的二次应力状态。这个扰动过程必然导致围岩的性质发生改变。通常，在地下隧道及采矿工程中采用不同的开挖施工工法，对围岩性质造成的影响程度不同，特别是遇到高地应力条件及脆硬岩石环境，更容易引起严重灾害。

目前，实验室内通常采用两种技术方案模拟巷道开挖。其一是，采用机械钻掘设备直接取出开挖体的开挖方法，缺点是：1.试验模型处于二维状态状态，取出开挖体会对模型的洞壁岩体产生摩擦震动，影响监测仪器采集数据，从而对试验结果造成影响；2.无法精确的控制开挖速度，造成测量数据结果差异。其二是，在试验前将模型试件提前预留孔洞，并使用者蜡和松香等易融化体进行填充，在模型加载过程中，加热使蜡和松香融化，来代替待开挖体的取出过程，缺点是：1.填充待开挖体的刚度较小，不能承担较大的力，故不能模拟较高应力状态的开挖。2.填充体融化不均匀，会造成模型孔洞产生应力集中，从而影响试验效果。3.无法模拟不同施工工法的开挖。同时，这两种模拟巷道开挖的技术方案均没有考虑实际开挖过程中掌子面及前方待开挖岩体对围岩的支撑作用及开挖对其造成的影响。

发明内容

为了克服上述现有装置在模拟巷道开挖过程中存在的不足，本发明提供一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，不会对围岩产生附加扰动，能够考虑实际开挖过程中掌子面及前方待开挖岩体对围岩的支撑作用及开挖施工工法对其造成的影响，能够精确控制卸荷量及卸荷速度，模拟不同施工工法的巷道开挖卸荷，同时能够获得卸荷过程中围岩的变形及声学等参数的实时响应。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：

一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，包括底部加压盘、围岩试件、钢垫片、顶部密封盘、顶部加压盘、密封固定杆，其中：

底部加压盘包含凹槽I、高压五针接线柱I、数据传输线I，底部加压盘底部伸出的两翼上预设螺纹孔I；

外部包裹外橡胶膜的围岩试件上设有应变片及声发射传感器，放置在所述底部加压盘的正上方，其特征在于：所述围岩试件内部预设有开孔巷道，在开孔巷道内放置内橡胶膜，正上方放置钢垫片；

顶部密封盘侧面含有凹槽II及凹槽III，放置在钢垫片正上方；

顶部加压盘含有放置密封圈的凹槽IV，其特征在于：所述顶部加压盘一侧设有进油口接头另一侧设有出油口接头，顶部伸出的两翼上预设螺纹孔II，使用两端刻有螺纹的密封固定杆及螺母固定底部加压盘和顶部加压盘；

进一步的，高压五针接线柱I数量为6个，对称分布在底部加压盘侧面，数据传输线I的数量为30根，一端连接围岩试件上应变片，另一端连接导出应变数据。

进一步的，预设螺纹孔I的数量为两个，对称分布。