[发明专利]曲线轮廓隧（巷）道围岩隔离体模型承载测试系统及方法

权利要求书

1.一种曲线轮廓隧(巷)道围岩隔离体模型承载测试系统，其特征在于，包括主环形框架，主环形框架内部安装有扇形围岩隔离体模型，扇形围岩隔离体模型为具有设定厚度的扇形柱体，包括一个外曲立面、一个内曲立面、两个径向立面和两个扇形端面；在主环形框架上设有对外曲立面进行加载的径向加载油缸，且径向加载油缸在靠近模型外曲立面处设有曲形推力板；在主环形框架上还设有对内曲立面加载的弹性加载气囊；所述两个径向立面的外侧设有环向推力板，环向推力板外侧主环形框架上设有与其相配套的侧向加载油缸，侧向加载油缸与环向推力板之间安装有传力块，可将侧向加载油缸的加载压力转换为作用于扇形围岩隔离体模型径向立面的环向加载压力；所述的传力块与环向推力板接触表面之间，以及传力块与主环形框架接触表面之间均设有减摩装置；所述的两个扇形端面外侧安装有约束挡板，约束挡板周边固定于主环形框架。

2.如权利要求1所述的一种曲线轮廓隧(巷)道围岩隔离体模型承载测试系统，其特征在于，所述的约束挡板在扇形端面处设有观测窗口，观测窗口与扇形围岩隔离体模型之间内嵌有可视化面板。

3.如权利要求1所述的一种曲线轮廓隧(巷)道围岩隔离体模型承载测试系统，其特征在于，所述的内曲立面的外法线方向指向隧(巷)道的内部净空，代表隧(巷)道围岩的临空面；外曲立面的外法线方向指向隧(巷)道的外部；径向立面的外法线方向指向隧(巷)道横断面内的环向；扇形端面的外法线方向指向隧(巷)道的轴向。

4.如权利要求1所述的一种曲线轮廓隧(巷)道围岩隔离体模型承载测试系统，其特征在于，所述的曲形推力板与扇形围岩隔离体模型外曲立面的曲线曲率相一致。

5.如权利要求1所述的一种曲线轮廓隧(巷)道围岩隔离体模型承载测试系统，其特征在于，所述的传力块为三角形形状，所述的减摩装置采用滚珠结构或滚轴结构。

6.如权利要求1所述的一种曲线轮廓隧(巷)道围岩隔离体模型承载测试系统，其特征在于，所述的曲形推力板、环向推力板与扇形围岩隔离体模型表面之间分别设有柔性传力层；所述的柔性传力层的材料为柔性橡胶或硅胶。

7.如权利要求1所述的一种曲线轮廓隧(巷)道围岩隔离体模型承载测试系统，其特征在于，所述的弹性加载气囊通过进、出气管与气泵加载控制系统相连。

8.如权利要求1所述的一种曲线轮廓隧(巷)道围岩隔离体模型承载测试系统，其特征在于，所述的径向加载油缸与侧向加载油缸固定安装于主环形框架内侧，均通过进、出油路与液压加载控制系统相连。

9.如权利要求1所述的一种曲线轮廓隧(巷)道围岩隔离体模型承载测试系统，其特征在于，所述的弹性加载气囊的材料为高分子材料或加厚橡胶类材料。

10.采用权利要求1-9任一所述的曲线轮廓隧(巷)道围岩隔离体模型承载测试系统进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：沿隧(巷)道断面轮廓的某一侧轮廓边界曲线，根据该侧轮廓边界曲线的圆心位置与半径，沿隧(巷)道环向取一定角度范围α的断面轮廓边界，作为扇形围岩隔离体的内曲立面边界；

步骤2：根据步骤1所选断面轮廓边界的圆心位置与角度范围大小，继续以相同圆心位置与角度范围，在断面轮廓边界外部取一定径向范围作曲线，确定扇形围岩隔离体的外曲立面边界；

步骤3：将步骤1、2中所选角度范围α的起始位置对应的半径方向位置，作为扇形围岩隔离体的径向立面边界；

步骤4：沿隧(巷)道走向取一定长度范围，其对应的起始位置作为扇形围岩隔离体的扇形端面边界；

步骤5：根据步骤1、2、3、4所选的各表面边界，构造出曲线轮廓隧(巷)道在断面某一侧的扇形围岩隔离体；

步骤6：根据室内承载测试要求，将扇形围岩隔离体，按一定几何比尺进行缩小，构造出满足测试要求的扇形围岩隔离体模型，并采用相似材料进行模型体制作；

步骤7：分别沿扇形围岩隔离体模型的外曲立面、径向立面与内曲立面处进行加载，直至达到满足测试要求的加载压力状态及水平；

步骤8：利用气泵加载控制系统控制弹性加载气囊排气，实现扇形围岩隔离体模型内曲立面处卸载，以反映隧(巷)道开挖卸荷过程，并记录开挖卸荷过程中模型边界加载压力、模型应力及变形等测试数据；

步骤9：继续对扇形围岩隔离体模型进行超载测试，以反映隧(巷)道开挖后围岩承载性能的测试，测试完成后；利用液压加载控制系统与气泵加载控制系统控制径向加载油缸、侧向加载油缸与弹性加载气囊进行卸载。