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原文传递非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置

专利名称：	非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置
摘要：	本发明公开了一种非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置，主要包括围岩模拟装置、分析计算机两部分组成；围岩模拟装置包括围岩压力板、压力机构、围岩层、隧洞模型；围岩压力板设有四个，分别设在围岩层的上下左右四个侧面，每个围岩压力板均设有一个压力机构，围岩层中心开有隧洞模型；压力传感器、减速电机与分析计算机连接，分析计算机内搭载有数据分析系统，数据分析系统用于得到非圆形无支护隧洞围岩应力和位移的黏弹性解答的解析解。本发明可有效得到对非圆形巷道进行围岩的流变性解析解，从而为深埋巷道开挖等提供有效准确的数据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	石家庄铁道大学
发明人：	刘淑红;吴帅;段士杰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910285176.9
公开号：	CN110006752A
代理机构：	北京栈桥知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	潘卫锋
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	050043 河北省石家庄市北二环东路17号
主权项：	1.一种非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置，其特征在于，主要包括围岩模拟装置(1)、分析计算机(2)两部分组成；所述围岩模拟装置(1)包括围岩压力板(3)、压力机构(4)、围岩层(5)、隧洞模型(6)；所述围岩压力板(3)设有四个，分别设在所述围岩层(5)的上下左右四个侧面，每个围岩压力板(3)均设有一个用于施加压力的压力机构(4)，所述压力机构(4)与围岩模拟装置(1)内壁连接，所述围岩层(5)中心开有所述隧洞模型(6)；所述围岩压力板(3)包括活动压板(31)、底压板(32)；所述底压板(32)截面呈U型，其与围岩层(5)接触面设有压力传感器(37)，活动压板(31)通过底压板(32)内四壁上设有滑轨(36)与底压板(32)滑动连接，底压板(32)内底面等间距设有三环压柱(33)，且每环等间距设有多个压柱(33)，所述压柱(33)圆周面上外套有柱压套(34)，所述柱压套(34)与压柱(33)固定连接，柱压套(34)周向设有多个调节压杆(341)，压柱(33)外侧面上设有顶压杆(35)，所述顶压杆(35)、调节压杆(341)均穿过活动压板(31)；所述压力机构(4)包括千斤顶(41)、减速电机(42)、中心柱(43)、第一压片(44)、第二压片(45)、第三压片(46)；所述中心柱(43)贯穿活动压板(31)并与底压板(32)内底面接触，且中心柱(43)为可伸缩杆件，中心柱(43)与活动压板(31)贯穿处设有卡环(47)，所述中心柱(43)中部从上到下依次设有所述第一压片(44)、第二压片(45)、第三压片(46)，第一压片(44)、第二压片(45)、第三压片(46)依次对应与每一环的各个压柱(33)固定连接，中心柱(43)通过所述千斤顶(41)与围岩模拟装置(1)连接，所述减速电机(42)设在千斤顶(41)的一侧；所述压力传感器(37)、减速电机(42)与分析计算机(2)连接，所述分析计算机内搭载有数据分析系统，所述数据分析系统用于得到非圆形无支护隧洞围岩应力和位移的黏弹性解答的解析解。 2.根据权利要求1所述的一种非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置，其特征在于，所述围岩压力板(3)、压力机构(4)各设有四个。 3.根据权利要求1所述的一种非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置，其特征在于，所述调节压杆(341)与活动压板(31)接触面外侧设有调节螺母(342)，调节螺母(342)用于调节活动压板(31)与底压板(32)之间的原有压力。 4.根据权利要求1所述的一种非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置，其特征在于，所述数据分析系统包括数据填入模块、粘弹性解答分析模块、分析结果生成模块，所述数据填入模块用于填入数据以供粘弹性解答分析模块进行处理，所述粘弹性解答分析模块用于分析得到隧洞围岩应力和位移的黏弹性解答的解析解，所述分析结果生成模块用于输出粘弹性解答分析模块所得到的隧洞围岩应力和位移的黏弹性解答的解析解。 5.根据权利要求4所述的一种非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置，其特征在于，所述粘弹性解答分析模块包括应力和位移的弹性解算法子模块、应力和位移的粘弹性解算法子模块。 6.根据权利要求5所述的一种非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置，其特征在于，所述应力和位移的弹性解算法子模块具体为：通过保角变换函数z＝ω(ζ)，把z平面上工程中常用形状巷道外无限区域映射到ζ平面上的单位圆内域，所采用的保角映射函数的一般表达式为：式中R表征孔洞截面大小，cm为系数，与隧洞截面形状有关；在z平面上直角坐标系中，围岩中的应力分量和位移分量由2个应力函数和ψ(ζ)确定式中和分别为孔洞内边界上沿x、y方向的面力之和，常数B和B′+iC′由正压应力σv和侧压应力σh确定，式中和分别为巷道边界上沿x、y方向的面力，σ为ζ平面上单位圆的边界值，μ为泊松比，通过柯西积分，由式(4)、(5)可以求出和ψ0(ζ)；在平面直角坐标系下，围岩的应力分量σx、σy和τxy为： σx+σy＝4ReΦ(ζ) (7) 式中，Ψ(ζ)＝ψ′(ζ)/ω′(ζ)，上角标斜撇表示求一阶导数；水平位移u和竖直位移v为： 7.根据权利要求5所述的一种非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置，其特征在于，所述应力和位移的粘弹性解算法子模块具体为：把应力和位移的弹性解算法子模块所得到的弹性解中的竖直应力σv、水平应力σh和剪切变形模量G分别用σv/s、σh/s和g(s)/f(s)来代替，所得的结果再进行拉普拉斯逆变换，就可以得到围岩的应力和位移的粘弹性解。
所属类别：	发明专利