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原文传递一种模拟不同地应力条件下硐室掌子面开挖瞬态卸荷的试验系统

专利名称：	一种模拟不同地应力条件下硐室掌子面开挖瞬态卸荷的试验系统
摘要：	本发明涉及一种模拟不同地应力条件下硐室掌子面开挖瞬态卸荷的试验系统；能够模拟硐室掌子面开挖瞬态卸荷过程，完成不同地应力条件和不同卸荷速率下不同开挖面形状的围岩瞬态卸荷，亦能同时记录硐室围岩全场位移变化全过程。试验系统包括原位应力模拟装置，瞬态卸载装置和围岩全场位移监测装置；原位应力模拟装置由地应力加载装置和硐室围岩模型组成，硐室围岩模型中的四个加载面与地应力加载装置的四个液压头直接接触，地应力加载装置和硐室围岩模型配合使用并放置于同一个与水平面垂直的平面上；在该平面的前后两个方向上分别放置瞬态卸载装置和围岩全场位移监测装置；该试验可间接解决实际工程中钻爆法开挖卸荷瞬间围岩位移无法测量的问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	徐颖;夏开文;王帅;陈荣;董鹏;赵格立
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910101784.X
公开号：	CN109932248A
代理机构：	天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：	李素兰
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	300350 天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区
主权项：	1.一种模拟不同地应力条件下硐室掌子面开挖瞬态卸荷的试验系统，其特征在于，包括原位应力模拟装置，瞬态卸载装置和围岩全场位移监测装置；其中，原位应力模拟装置由地应力加载装置和硐室围岩模型组成，硐室围岩模型利用地应力加载装置对围岩模型四个加载面进行夹持并施加荷载，硐室围岩模型上受到平面应力的作用；地应力加载装置和硐室围岩模型配合使用并放置于同一个与水平面垂直的平面上；在该平面的前后两个方向上分别放置瞬态卸载装置和围岩全场位移监测装置。 2.如权利要求1所述的试验系统，其特征是硐室围岩模型为多边形的板状岩石类材料，其中心处设置有与塞体一致的孔洞；地应力加载装置用于对硐室围岩模型的四个加载面施加荷载，在试验室条件下模拟硐室围岩所处的真实的地应力环境；瞬态卸载装置中的塞体与硐室围岩模型的孔洞保持滑动配合，地应力加载装置施加地应力时塞体能够填充孔洞并与硐室围岩模型协同工作，塞体承担硐室围岩模型孔洞处传递而来的地应力，模拟地下硐室开挖前原位围岩所处的真实地应力环境；随后，通过阀门控制气罐中的高压气体进入发射套筒，高压气体驱动发射套筒内的撞击块向远离塞体的方向运动并撞击法兰，法兰与塞体通过卸载杆相连，随即实现塞体从硐室围岩模型的孔洞中的快速拉出以模拟原位围岩的突然卸载过程；通过改变气罐中高压气体压力的大小控制撞击块的撞击速度，进而实现塞体以不同的速度被拉出孔洞，模拟实际工程中不同的卸载速率；围岩全场位移监测系统用来对硐室围岩模型的一个自由面在瞬态卸荷后的平面的位移场变化信息进行监测，以准确获得试验室条件下硐室围岩对于突然卸荷作用的变形响应关系。 3.如权利要求1所述的试验系统，其特征是地应力加载装置为四个液压头，四个液压头对硐室围岩模型的四个加载面施加荷载以模拟地应力，通过对加载应力路径实现精确控制，与数据分析装置相连配合，用于测量并记录模型四个加载面的应力；在硐室围岩模型的另外两个自由面上分别布置有瞬态卸载装置和围岩全场位移监测装置。 4.如权利要求3所述的试验系统，其特征是硐室围岩模型的四个加载面的面积比地应力加载装置的接触面面积要略小，以保证模型材料在加载时能够完全受荷。 5.权利要求1的模拟不同地应力条件下硐室掌子面开挖瞬态卸荷装置，其特征是包括试验平台，挡板与支撑装置，其中挡板与支撑装置通过螺栓相连，挡板与支撑装置相连后安装于试验平台靠近硐室围岩模型的一端；挡板和支撑装置设置有与卸载杆直径相同的圆孔供其穿过；试验平台上设置有支座；支座的功能在于支持发射套筒和卸载杆；发射套筒的封闭端设置有一个直径与卸载杆直径相同的圆孔供卸载杆穿过，圆孔处做密封处理，防止漏气；在发射套筒上设置有与气罐连接的阀门，气罐与空压机相连，套筒内安装有撞击块，撞击块中间设置有直径与卸载杆直径相同的圆孔供卸载杆穿过；卸载杆靠近硐室围岩模型一端处与塞体相连，在另一端通过螺纹与法兰固定；在卸载杆上粘贴压缩应变片，压缩应变片连接动态应变仪，动态应变仪连接示波器。 6.如权利要求5所述的装置，其特征是所述试验台设有滑道，用于调节支座的位置。 7.如权利要求5所述的装置，其特征是所述卸载杆穿过撞击块以及套筒，卸载杆一端内圆部分加工有带螺纹的圆孔，与塞体固定；卸载杆另一端与法兰通过螺纹固定。 8.如权利要求5所述的装置，其特征是所述挡板通过连接夹具固定在试验平台上，并与硐室围岩模型接触；挡板中心留有与卸载杆直径相同的圆孔可供卸载杆与塞体穿过。 9.如权利要求5所述的装置，其特征是所述支撑装置设计为草帽形，一端通过螺栓固定在挡板上，一端留有与卸载杆直径相同的圆孔供卸载杆穿过，用于保持卸载杆水平。 10.如权利要求5所述的装置，其特征是所述塞体，一端加工为硐室模型掌子面形状，端头设计为坡度为1°的锥体，另一端外部刻有螺纹与卸载杆端相连。
所属类别：	发明专利