[发明专利]一种对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法有效

专利信息
申请号: 201610015784.4 申请日: 2016-01-11
公开(公告)号: CN105651589B 公开(公告)日: 2017-03-08
发明(设计)人: 李杰;王明洋;高康华;邱艳宇;张德志;马林建;范鹏贤;戎晓力;王德荣 申请(专利权)人: 中国人民解放军理工大学
主分类号: G01N3/00 分类号: G01N3/00;G01N3/10;G01N3/307
代理公司: 南京汇盛专利商标事务所(普通合伙)32238 代理人: 吴静安
地址: 210000 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 深部岩体 应力 状态 响应 模拟 测试 方法
【权利要求书】:

1.对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法,其特征在于,包括如下步骤:

1)深部岩体应力及爆炸扰动的初始计算

根据深部岩体工程设定的埋深h、开挖直径d、开挖速度V和引起爆炸扰动的当量为Q的地下爆炸,进行深部岩体静态地应力P和等效于爆炸载荷的三角形脉冲载荷的峰值应力Pf的计算,

其中:静态地应力P=ghρ,g为重力加速度,ρ为岩石密度;

峰值应力pf=ρcυm,c为介质纵波声速,υm为爆炸质点峰值速度, A、n为拟合系数,为比例距离,且r为爆心距,当爆炸扰动发生在非弹性变形区时,且所述三角形脉冲载荷上升沿时间为tr、三角形脉冲载荷的脉冲周期为t+时,存在如下关系:tr/Q1/3=(5~15)ms/kt1/3、t+/Q1/3=(20~40)ms/kt1/3,式中:ms为毫秒,kt为爆炸当量;

2)确定相似比尺C;

3)由相似比尺C计算相对于试件的各模拟量

所述模拟量包括:在所述试件上开挖模拟隧道的直径ds、开挖速度Vs、试件的模拟静态地应力Psi、试件的模拟三角形脉冲载荷峰值应力Psf和对应于峰值应力Psf的模拟上升沿时间tsr、模拟三角形脉冲载荷的脉冲周期ts+,且:

4)对所述试件施加模拟初始压应力

对所述试件的周侧通过柔性胶囊内液压调整,施以静载压力Pj,Pj=nPsi,(n=3~5),加载时间持续1~2周;

5)对所述试件进行开挖卸荷的扰动测试

对施以静载Pj的试件进行模拟隧道直径为ds、开挖速度为Vs的模拟隧道的模拟开挖,在模拟隧道开挖完成后,检测隧道壁面的应力、应变和位移变化;

6)对所述试件进行爆炸冲击的扰动测试

通过对所述试件施加模拟上升沿时间为tsr、模拟脉冲周期为ts+的三角形脉冲载荷,以模拟爆炸冲击载荷,以检测三角形脉冲载荷施加后隧道壁面的应力、 应变和位移变化;所述爆炸冲击的扰动测试是通过爆炸载荷模拟发生装置对试件施以三角形脉冲载荷来实现的;该发生装置将产生的三角形液压脉冲载荷传导至柔性胶囊上,经柔性胶囊加载的到岩体试件上,用以模拟爆炸扰动,使岩体试件内产生爆炸地扰动的应力状态。

2.根据权利要求1所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法,其特征在于,所述试件是由相似材料制成,且形状为矩形体。

3.根据权利要求2所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法,其特征在于,所述测试试件由事先制作好的隧道实体试件预埋于对应模具中,再用相似材料进行浇铸并经固化形成。

4.根据权利要求3所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法,其特征在于,所述隧道实体试件由与开挖隧道截面相同的若干隧道薄片相互贴合形成,每一隧道薄片用模拟材料浇铸于对应的模具并经后固化形成,浇铸时在对应模具中埋入至少相互两根交叉的铁丝,且使该两根铁丝的至少一端分别伸出模具外,致使每一隧道薄片至少有两根外露的铁丝。

5.根据权利要求2所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法,其特征在于,所述隧道薄片中的两根交叉的铁丝,基本呈十字形,且交叉点基本位于隧道薄片的中心。

6.根据权利要求4或5所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法,其特征在于,所述模拟开挖是按速度为Vs由外向内依次拉动隧道薄片上的外露铁丝,使对应隧道薄片由外向内逐渐破碎,最终形成开挖隧道。

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