[发明专利]地下洞室结构面开挖瞬态卸荷松动模拟试验系统

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程模型实验装置领域，具体涉及一种地下洞室结构面开挖瞬态卸荷松动模拟试验系统。

背景技术

我国西南地区水电站地下厂房开挖诱发的围岩位移突变问题十分突出，对工程建设顺利进行和人员设备安全提出严峻挑战。在深部地下工程爆破开挖过程中，由于岩体的开挖扰动会导致周围岩体的瞬态卸荷和应力重分布，当围岩含有结构面时，岩体的瞬态卸荷可能导致结构面扩展贯通与张开滑移变形，导致其边界条件和荷载条件发生改变，从而带来一系列的地质灾害。

然而，之前的学者都只通过理论分析和数值模拟的方法对含结构面岩体的开挖瞬态卸荷松动问题进行研究，不能直观的了解含结构面岩体开挖瞬态卸荷松动过程中的位移及振动情况。本发明以地下洞室爆破开挖瞬态卸荷诱发围岩结构面的扩展和变形机制为研究背景，设计了一种地下洞室结构面开挖瞬态卸荷松动模拟试验系统，模拟实际地下岩体的卸荷情况，以准确掌握在不同围压、不同侧压力系数以及不同卸荷速率情况下含不同方向结构面岩体在开挖瞬态卸荷松动时的位移及振动情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下洞室结构面开挖瞬态卸荷松动模拟试验系统，该模拟试验系统能实现含已开挖的含结构面的地下洞室围岩模型上荷载的快速卸除，并使得含已开挖的含结构面的地下洞室围岩模型产生较大的应变率，与实际工程中的卸荷情况更为相符，更具有研究价值及参考意义。

本发明是这样实现的：

一种地下洞室结构面开挖瞬态卸荷松动模拟试验系统，它包括已开挖的含结构面的地下洞室围岩模型、围压加载系统、实验台、加载装置、开挖洞室加卸载装置、监测系统，所述已开挖的含结构面的地下洞室围岩模型置于围压加载系统内；

所述开挖洞室加卸载装置包括杠杆型加卸载构件，杠杆型加卸载构件的前端伸入已开挖的含结构面的地下洞室围岩模型内，并紧贴已开挖的含结构面的地下洞室围岩模型的槽壁，所述杠杆型加卸载构件通过带螺纹的钢筋固定在实验台上；

所述加载装置包括分别位于杠杆型加卸载构件两侧的加卸载单元，所述加卸载单元包括液压站、油缸、钢条、吸盘式电磁铁、钢管，所述液压站通过油管与油缸连接，油缸的活塞杆通过钢条与吸盘式电磁铁连接，所述钢管与杠杆型加卸载构件后端连接；吸盘式电磁铁后端通过带螺纹圆形钢条与油缸的活塞杆的前端焊接的承拉螺帽进行连接，当给吸盘式电磁铁接通电源后，吸盘式电磁铁可通过其前端吸住圆柱形的钢管，圆柱形的钢管焊接在开挖洞室加卸载装置后端；

所述实验台的两侧设有反力墩，油缸的底部与反力墩接触；

所述实验台的台面上设置有放置油缸缸体的一端封闭的圆形槽、放置吸盘式电磁铁和钢管的半圆形槽，该半圆形槽为吸盘式电磁铁和钢管的移动滑槽，所述油缸、钢条、吸盘式电磁铁和钢管的轴线在同一水平线上（吸盘式电磁铁与开挖洞室加卸载装置以及加载装置高度相适配）；

所述监测系统包括高速摄像仪、计算机、应变计、与应变计连接的动态应变仪、振动传感器、与振动传感器连接的振动信号采集器、加速度传感器、与加速度传感器连接的加速度信号采集器、位移传感器、与位移传感器连接的位移信号采集器、应力传感器、与应力传感器连接的应力信号采集器，所述高速摄影仪和计算机置于开挖洞室加卸载装置的外部，所述应变计和振动传感器置于已开挖的含结构面的地下洞室围岩模型的表面，所述加速度传感器、位移传感器、应力传感器置于已开挖的含结构面的地下洞室围岩模型的内部，所述高速摄像仪、动态应变仪、振动信号采集器、加速度信号采集器、位移信号采集器、应力信号采集器与计算机连接；

高速摄影仪用来对实验过程进行高速摄影；应变计及与其连接的动态应变仪用来测量并记录岩体模型的应变变化，并通过动态应变仪将监测数据传送至计算机进行分析、计算、存储；振动传感器及其连接振动信号采集器用来测量并记录岩体模型的振动速度变化，并通过振动信号采集器将监测数据传送至计算机进行分析、计算、存储；加速度传感器及与其连接的加速度信号采集器用来测量并记录岩体模型的振动加速度变化，并通过加速度信号采集器将监测数据传送至计算机进行分析、计算、存储；位移传感器及与其连接的位移信号采集器用来测量并记录岩体模型的位移变化，并通过位移信号采集器将监测数据传送至计算机进行分析、计算、存储；应力传感器及与其连接的应力信号采集器用来测量并记录岩体模型的应力变化，并通过应力信号采集器将监测数据传送至计算机进行分析、计算、存储；计算机接收高速摄影仪、动态应变仪、振动信号采集器、加速度信号采集器、位移信号采集器、应力信号采集器传来的数据，存储并分析所采集的实验数据。