[发明专利]地下工程模型试验三维加载导向框装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维加载导向定位装置，尤其是一种在水电、交通、能源、资源和国防 工程领域使用的地下工程模型试验三维加载导向框装置。

背景技术

19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪是人类开发利用地下空间的世 纪，随着我国国民经济的快速发展，许多在建和即将新建的地下工程不断走向深部。无论是矿 产资源开采的地下巷道、还是交通建设的地下隧道以及水电开发的地下洞室等都逐渐向逾千 米或数千米的深部方向发展。随着埋藏深度的增加，深部洞室岩体在高地应力条件下，洞室 围岩的结构、力学特性和工程响应出现了分区破裂、大变形、冲击破坏等一系列新的特征科 学现象，这些特征科学现象与浅埋洞室围岩工程响应相比显著不同，因而深部地下工程问题 引起了国际上岩石力学与工程领域专家学者的极大关注，成为近几年该领域研究的热点问题。 针对深部地下工程岩体复杂的力学变形特性，一方面要借助理论研究，另一方面，更多地要 借助模型试验方法进行研究。但要进行深部地下工程模型试验，就必须研究和解决模型试验 的三维加载问题，目前有关模型试验系统的研究现状如下：

(1)《武汉水力电力大学学报》1992年第5期介绍了一种平面应力试验装置及加载系统， 其试验装置是净空为150cm×140cm封闭平面刚性加力架，加载系统由压力盒，气压泵、管路、 压力表组成，试验时由气泵控制压力逐级加载或卸载。该系统为平面加载，无法进行地下工 程模型的三维加载。

(2)《水利学报》2002第5期介绍了一种离散化三维多主应力面加载试验系统，试验装 置主要由垂直立柱、封闭式钢结构环梁、支撑钢架组成，加载系统主要由高压气囊、反推力 板、限位千斤顶和空气压缩机组成。其试验架尺寸较大，实现了按主应力方向进行加载，但 试验架侧向挠度大，无法进行地下工程模型的三维加载。

(4)《岩石力学与工程学报》2004年第21期介绍了一种平面应变巷道模型试验台，模 型尺寸为1m×1m×0.2m，立式布置，该试验台无法进行地下工程模型的三维加载。

(5)《地下空间》2004第4期介绍了一种公路隧道结构与围岩综合实验系统，该系统基 于“先加载、后挖洞”的原理，采用液压千斤顶在模型试件外部加载以模拟上覆岩土层自重 应力，用内置千斤顶及位移计模拟开挖体应力响应及位移变化。该系统无法进行地下工程模 型的三维加载。

(6)《土木工程学报》2006年第12期，以及申请号为200510045291.7的中国专利介绍 了一种新型岩土地质力学模型试验系统，该系统具有尺寸可调、规模大、组装灵活的优点， 但该系统顶部开放，只能进行平面应变状态下的模型试验，无法进行地下工程模型的三维加 载。

(7)《岩石力学与工程学报》2008年第1期介绍了一种伺服控制高温高压岩体三轴试 验机，该试验机可进行高温高压条件下的岩石假三轴试验，试样尺寸为φ200mm×400mm。该 试验机主要测试高温加载条件下岩石的物理力学特性变化，无法进行地下工程模型的三维加 载。

(8)《岩石力学与工程学报》2005年第16期介绍了一种三轴软岩非线性力学试验系统， 该系统能进行三轴拉压、拉剪等多种组合试验和对不同加卸载过程进行模拟，系统最大压力 450kN，最大拉力75kN，试件最大尺寸为150mm×150mm×150mm。该系统只能测试多种应 力组合状态下小尺寸模型试件的物理力学参数，无法进行地下工程模型的三维加载。