[发明专利]一种用于评价椭圆形空腔影响硐室稳定性的新模型

权利要求书

1.一种用于评价椭圆形空腔影响硐室稳定性的新模型，其特征在于采用该模型进行硐室围岩岩体动态稳定性评价，主要包括以下三个步骤：

第一步，利用动力扰动载荷加载装置对发明者设计的CSSECSC模型物理试件进行动力扰动载荷加载，试件的尺寸为B＝300mm，H＝350mm，T＝30mm，w₁＝125mm，w₂＝2r＝l＝s＝50mm，h₁＝90mm，h₂＝35mm，2a＝50mm，2b＝20mm，以θ为变量分别制作了为0°，15°，30°，45°，60°，75°和90°共7组试件，试件材料选择砂岩，砂岩的弹性模量为13.58GPa，泊松比0.18，密度为2.265g/cm³，如图2和图3所示；

第二步，利用研究团队自主设计的大型落锤冲击实验装置对CSSECSC试件进行动力扰动载荷加载，该装置可以根据测试需求搭建各种采集系统与各种动力扰动载荷加载；因为本发明模型需要监测动力扰动载荷与裂纹的动态断裂时刻，故采用超动态应变仪采集实验数据，该超动态应变仪的采集频率为2MHz，即每0.5μs采集1次数据，实验时，通过应变片监测入射端和透射端的应力波；利用裂纹扩展计监测裂纹的动态断裂时间，并进一步计算出裂纹的动态扩展速度；裂纹扩展计的测试原理是：裂纹扩展计由21根粗细不同(电阻不同)的横向敏感栅丝并联而成；实验时，将裂纹扩展计粘在试件待测位置，裂纹扩展计的栅丝会随着裂纹的扩展一起断裂；当裂纹扩展计上的敏感栅丝每断一根，裂纹扩展计的总电阻值将出现突变，再将裂纹扩展计接入电路中，该阻值突变则将体现为输出电压值的突变，而突变时刻就是裂纹扩展计金属栅丝的断裂时刻，也就是裂纹扩展到栅丝位置的时刻t_n；在粘贴裂纹扩展计时，裂纹尖端与裂纹扩展计第1根栅丝位置需要重叠，以确保第1根栅丝的断裂时刻t₁即为裂纹的起裂时刻t_f，裂纹扩展经过相邻两根栅丝的距离都为l₀＝2.2mm，经过相邻两根栅丝的时间为Δt_n＝t_n-t_n-1，这样就可以算出裂纹扩展经过相邻两根栅丝之间的平均裂纹扩展速度v_n，计算公式如下：

利用有限差分法软件对原位硐室工程概况进行数值模拟，建立1∶1三维有限元差分法数值模型，导入硐室工程现场原位试验采集的地震应力波数据作为的载荷边界条件，根据裂纹尖端位移时程曲线推导出动态应力强度因子时程曲线，随后根据裂纹扩展计测出的动态断裂时刻与裂纹扩展速度测定出扩展的动态起裂韧度、动态扩展韧度、动态止裂韧度等；

第三步，由于动态断裂韧度值与动力扰动载荷应力波的衰减系数是硐室围岩在动载荷作用下材料抵抗裂纹起裂能力的重要性能指标，随后根据动态断裂韧度值与椭圆形空腔周围的应力波传播状态在硐室模型损伤的过程中变化情况，对含椭圆形空腔缺陷的硐室工程结构稳定性进行评价。