[发明专利]高地应力柔性加载瞬间卸载试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿山、能源、水电、交通、国防等深部岩土工程技术，尤其是一种高地应力柔性加载瞬间卸载试验装置及试验方法。

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洞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，因而深部岩体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。尽管深部与浅埋洞室围岩工程响应相比明显不同，但是在深部高地应力巷道瞬间卸载开挖过程中会不会出现分区破裂、大变形、冲击破坏等一系列新的破坏特征尚不清楚，因此为了研究深部高地应力巷道瞬间卸载开挖过程中，围岩的变形破坏响应特征研制和提出了本试验装置及方法。

目前有关深部高地应力模型试验系统的研究现状如下:

（1）《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。该系统无法模拟深部洞室瞬间卸载开挖过程。

(2) 山东大学专利200820023048.4公布了一种高压加载结构模型试验系统，该装置采用六面高压加载，可模拟岩体试件的真三轴加载，且加载自动化程度和加载精度高,加载功能多,实现洞室轴向加载开洞,加载系统刚度高、操作简单方便等优点,但该系统无法模拟深部洞室瞬间卸载开挖过程。

（3）山东大学专利200810138978.9介绍了一种高地应力准三维可视化模型试验台架装置，包括反力墙装置，侧向外围设有门式反力框架，在门式反力框架和模型体之间设有液压加载装置，反力墙装置上硐室所在位置周围设有若干观察窗。该装置无法模拟深部洞室瞬间卸载开挖过程。

（4）山东大学专利200810138981.0介绍了一种带滑动墙的自平衡式真三维加载模型试验台架，但该装置模型制作繁琐，操作复杂，模型体表面距装置外部较远，不方便开挖观测，且无法模拟深部洞室瞬间卸载开挖过程。

（5）山东大学专利200810016641.0介绍了一种高地应力真三维加载模型试验系统，包括智能液压控制系统、高压加载系统和反力装置系统，高压加载系统设置于反力装置系统六个面内，为模型体六个侧面加载。该系统无法模拟深部洞室瞬间卸载开挖过程。

（6）山东大学专利201110039078.0介绍了一种大型自由组合榀式高地应力地下工程模型试验装置，包括若干榀拼装式反力台架装置，所述每榀反力台架装置均包括顶梁、侧梁、底梁，顶梁与侧梁之间以及侧梁与底梁之间均通过法兰及高强螺栓相连接，每榀反力台架装置均可互连或与前后反力梁连接，在顶梁和侧梁上设有液压加载系统，本发明组装灵活、操作简单、加载与观测方便、带有模型升降平移托车系统，但该装置无法模拟深部洞室瞬间卸载开挖过程。

（7）山东大学专利201110038852.6介绍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。本发明结构紧凑合理，整体上窄下宽，组装灵活、操作简单、加载与观测方便，可应用于基坑、边坡及高地应力条件下岩土工程的平面和三维地质力学静态和动态模型试验。但该装置无法模拟深部洞室瞬间卸载开挖过程。

综合分析上述单位的模型试验台架装置系统，还存在以下不足之处：

1.模型尺寸较大，模型制作周期较长，无法在短期内完成模型堆砌，相对于高地应力柔性加载瞬间卸载试验是不利的；

2.上述装置系统均不能模拟深部洞室瞬间卸载开挖过程。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种高地应力柔性加载瞬间卸载试验装置及试验方法，其制作简单，能够模拟深部洞室瞬间卸载开挖过程。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：