[发明专利]用于地质力学模型试验的真三维滑动式变尺寸加载箱装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于地质力学模型试验真三维滑动式变尺寸加载装置。

背景技术

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，许多在建和规划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数千米的深部方向发展。随着埋深的加大和工程规模的提高，深部工程地质和水文地质条件也日益复杂，针对深部地下工程岩体复杂的力学变形特性，势必需要通过开展模型试验进行研究。要进行深部地质力学模型试验，就必须研究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）《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、限位千斤顶加荷器和空气压缩机组成。其试验架尺寸较大，并实现了按主应力方向进行加载。但试验架侧向挠度过大，无法进行高应力下地下工程模型的三维加载。

（2）《岩石力学与工程学报》2004年第3期介绍了一种岩土工程多功能模拟实验装置，该装置主体加载支承结构是由上、下盖板、三角形分配块和3套互相垂直正交的拉杆系统组成。试验时模型平放在上、下盖板之间，在模型相对两边分别施加均匀分布的垂直和水平地应力，该系统模型尺寸较小，无法实施完全真三维加载，且无法实现变尺寸模型加载。

（3）《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1 m×1 m×0.2 m，立式布置，该试验台无法实施遍布模型的真三维加载，且无法实现变尺寸模型加载。

（4）《地下空间》2004第4期介绍了重庆交通科研设计院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，采用油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。无法实施完全真三维加载，且无法实现变尺寸模型加载。

（5）《土木工程学报》2005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，该系统在相邻加载方向上采用预留压缩量的方式，导致模型边角处出现应力集中，无法实施完全真三维加载，且无法实现变尺寸模型加载。

（6）《岩石力学与工程学报》2010年第1期，以及公开号为200820187743的专利介绍了一种新研制大型真三轴加载地质力学模型试验系统，该系统主要由三维钢结构台架装置和液压加载控制系统组成，可实现全三轴应力状态下在侧向施加梯级荷载。该系统在相邻加载方向上采用预留压缩量的方式，导致模型边角处出现应力集中，无法实施遍布模型的完全真三维加载，且无法实现变尺寸模型加载。

（7）《岩土工程学报》2010年第10期，以及授权号为ZL200820023048.4的中国专利公开了一种高地应力真三维加载模型试验系统，其包括智能液压控制系统、高压加载系统和反力装置系统。该装置采用导向框结构预留压缩量来解决相邻承压板互相妨碍的问题，模型压缩量超过导向框宽度时将互相妨碍，无法实现遍布模型的完全真三维加载，且无法实现变尺寸模型加载。

（8）《煤炭学报》2011年第2期，以及授权号为200910020538.8的中国专利，公开了一种真三维梯度加载系统，包括梯度非均匀加载装置、加载反力装置和数控加压系统梯度非均匀加载装置，该装置采用导向框结构预留压缩量来解决相邻承压板互相妨碍的问题，模型压缩量超过导向框宽度时将互相妨碍，无法实现遍布模型的完全真三维加载，且无法实现变尺寸模型加载。

（9）专利号为200910014636.0的专利公布了一种地质力学模型试验三维加载导向框装置.导向框设置在试验模型外部，承压板部分嵌入导向框内，承压板与试验模型接触面以及承压板和导向框框架柱，预留压缩量来解决相邻承压板互相妨碍的问题，但允许的最大变形有限。当模型压缩量大于导向框宽度时，相邻承压板将会打架。无法实现遍布模型的完全真三维加载，且无法实现变尺寸模型加载。

（10）申请号为201110038876.1的专利公布了一种大型组合式动静多功能岩土工程模拟试验装置,该装置由若干榀反力台架装置、前可视反力梁、后加载反力梁、拱形动态反力架、液压加载系统、伺服动态加载系统、模型升降平移托车系统等组成。该装置在相邻加载方向上采用预留压缩量的方式，导致模型边角处出现应力集中，无法实施遍布模型的完全真三维加载，且无法实现变尺寸模型加载。