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原文传递局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验方法及系统

专利名称：	局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验方法及系统
摘要：	本发明属隧道工程技术领域，尤其涉及局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验方法，包括以下步骤：制备温控软化围岩材料；制作隧道模型；在密封箱体内填装围岩相似材料，并将隧道模型放置在围岩相似材料内，同时，将温控软化围岩材料设置在隧道模型周围预定位置和范围；将密封箱体密封固定，并将密封箱体与围岩环境模拟组件连接，随后开始试验；还包括基于上述方法设置的一种试验系统。本发明通过调整温控软化围岩材料的温度以改变局部材料参数来模拟遇水软化效果，达到模拟隧道周围局部围岩不同程度软化的特殊环境，有效模拟了富水岩溶地区局部围岩软化条件下隧道衬砌结构的受力、破坏全过程。
专利类型：	发明专利
申请人：	交通运输部公路科学研究所;山东科技大学
发明人：	张翾;闵博
专利状态：	有效
申请日期：	2023-09-27T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-03T00:00:00+0800
申请号：	CN202311253640.9
公开号：	CN116990144A
代理机构：	北京盛询知识产权代理有限公司
代理人：	吴立强
分类号：	G01N3/12;G01N3/24;G01N3/06;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/12;G01N3/24;G01N3/06
申请人地址：	100088 北京市海淀区西土城路8号;
主权项：	1.局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、制备温控软化围岩材料（7），在所述温控软化围岩材料（7）内设置温度控制装置； S2、制作隧道模型（29），在所述隧道模型（29）上设置变形和应变测试装置； S3、在密封箱体（1）内填装围岩相似材料（6），并将所述隧道模型（29）放置在所述围岩相似材料（6）内，同时，将所述温控软化围岩材料（7）设置在所述隧道模型（29）周围预定位置和范围； S4、在所述隧道模型（29）周围设置水压土压监测装置； S5、将所述密封箱体（1）密封固定，并将所述密封箱体（1）与围岩环境模拟组件连接，使所述围岩环境模拟组件作用在所述围岩相似材料（6）上； S6、试验测试，通过所述温度控制装置调整所述温控软化围岩材料（7）的温度以改变局部材料参数，模拟遇水软化效果，通过所述围岩环境模拟组件调整所述隧道模型（29）水压土压环境，通过所述变形和应变测试装置记录所述隧道模型（29）的受力响应。 2.根据权利要求1所述的局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验方法，其特征在于：所述S1中，所述温控软化围岩材料的制备包括以下步骤： S11、基于局部软化围岩的原型参数和相似比，以石英砂、重晶石粉和凡士林作为原材料在室温5℃环境下进行配比试验，获得未软化时石英砂、重晶石粉和凡士林原材料的配比，并制备成试件； S12、将所述试件加热到不同温度后再次进行三轴压缩和直剪试验，获得不同温度下温控材料的物理力学参数，建立“温度－软化围岩材料力学参数”之间的对应关系。 3.根据权利要求1所述的局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验方法，其特征在于：所述S2中，所述隧道模型的制备包括如下步骤： S21、以石膏和水为原材料针对所研究的工程对象制作所述隧道模型； S22、将所述变形和应变测试装置安装在所述隧道模型预定位置，并做防水处理。 4.根据权利要求1所述的局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验方法，其特征在于：所述S4中，所述围岩相似材料的制备包括如下步骤： S31、基于实际围岩的基本参数，以重晶石粉和石英砂为原材料配置所述围岩相似材料。 5.局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验系统，基于权利要求1-4任一所述的局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验方法，其特征在于：包括钢制基础底座（5），所述密封箱体（1）固接在所述钢制基础底座（5）上，所述隧道模型（29）固定在所述密封箱体（1）的中部，所述温控软化围岩材料（7）设置在所述隧道模型（29）外侧周围预定位置和范围，所述围岩相似材料（6）填充在所述密封箱体（1）的空隙；所述变形和应变测试装置安装在所述隧道模型（29）上；所述温度控制装置设置在所述温控软化围岩材料（7）内；所述围岩环境模拟组件安装在所述密封箱体（1）上，所述围岩环境模拟组件作用在所述围岩相似材料（6）上；所述水压土压监测装置设置在所述隧道模型（29）周围，所述水压土压监测装置埋设在所述围岩相似材料（6）内。 6.根据权利要求5所述的局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验系统，其特征在于：所述变形和应变测试装置包括若干光栅位移传感器（25）和若干应变片（26）；若干所述光栅位移传感器（25）架设在所述隧道模型（29）内侧，所述光栅位移传感器（25）的滑动测杆与隧道模型（29）内表面接触设置，若干所述光栅位移传感器（25）电性连接有静态应变采集仪（22）；若干所述应变片（26）固接在所述隧道模型（29）内侧和外侧，若干所述应变片（26）与所述静态应变采集仪（22）电性连接；所述水压土压监测装置包括若干微型水压力传感器（23）和若干微型土压力传感器（24），若干所述微型水压力传感器（23）和若干所述微型土压力传感器（24）环绕设置在所述隧道模型（29）周围，若干所述微型水压力传感器（23）和若干所述微型土压力传感器（24）埋设在所述围岩相似材料（6）内，所述若干微型水压力传感器（23）和若干微型土压力传感器（24）与所述静态应变采集仪（22）电性连接；所述静态应变采集仪（22）电性连接有监测计算机（21）。 7.根据权利要求5所述的局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验系统，其特征在于：所述温度控制装置设置包括温度传感器（8）、温度控制器（9）和温度控制计算机（10），所述温度传感器（8）和所述温度控制器（9）埋设在所述温控软化围岩材料（7）内，所述温度传感器（8）和所述温度控制器（9）与所述温度控制计算机（10）电性连接。 8.根据权利要求5所述的局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验系统，其特征在于：所述围岩环境模拟组件包括水压模拟部和土压模拟部，所述土压模拟部的施压端作用在所述围岩相似材料（6）的顶面，所述土压模拟部的固定端与所述钢制基础底座（5）固接；所述水压模拟部的出水端与所述密封箱体（1）顶部的注水孔（2）连通，所述水压模拟部的回水端与所述密封箱体（1）底部的排水孔（4）连通。 9.根据权利要求8所述的局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验系统，其特征在于：所述土压模拟部包括反力架（15），所述反力架（15）底部与所述钢制基础底座（5）顶部固接，所述反力架（15）顶部中部固接有油压泵（16）的固定端，所述油压泵（16）的活动端固接有竖向位移动作器（17），所述竖向位移动作器（17）下方接触设置有打孔钢垫板（19）的顶部，所述打孔钢垫板（19）底部与所述围岩相似材料（6）接触设置；所述竖向位移动作器（17）与所述打孔钢垫板（19）固接有压力传感器（18）；所述油压泵（16）、所述竖向位移动作器（17）和所述压力传感器（18）与地应力控制计算机（20）电性连接。 10.根据权利要求8所述的局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验系统，其特征在于：所述水压模拟部包括注水泵（11），所述注水泵（11）通过导水管（14）连通有控制阀门（13）的一端，所述控制阀门（13）的另一端连通有水压计（12）的一端，所述水压计（12）的另一端与所述注水孔（2）连通，所述排水孔（4）通过排水管（27）连通有排水箱（28）。
所属类别：	发明专利