[发明专利]全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统

说明书

本发明公开了一种全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，包括对模型试件进行加载的三轴加载装置、数据自动采集分析装置、动力系统以及控制系统；三轴加载装置包括试验台架、垂直加载系统、水平前后加载系统和水平左右加载系统，垂直、水平前后和水平左右加载系统对模型试验体施加三向压力；试验台架具有支撑，固定，提供反力的作用；数据自动采集分析装置包括埋设在模型试件内的光纤传感器、光纤监测系统、微型压力盒和应变砖，可实现模型应力、位移、渗压等多场信息的采集；动力系统为试验的进行提供所需的动力；控制系统控制垂直、水平前后和水平左右加载系统的加载力以及控制试验台架。

技术领域

本发明公开了一种全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统。

背景技术

随着能源工程和交通工程的飞速发展，隧道及地下工程数量越来越多，规模也越来越大，随之而来会遇到难度越来越大的工程建设。隧道及地下工程施工过程中经常遭遇断层、溶洞、暗河等不良地质，由于水体对岩石的物理、化学作用，使得隧道围岩等级发生骤降，当隧道施工至含水体所处区域时，原支护设计难以维持围岩稳定性，隧道内极易发生塌方和突水突泥灾害。隧道突涌水灾害会造成工期延误、机械设备损坏、投资费用增加，同时对现场施工人员的生命安全构成巨大威胁。因此，隧道突水突泥灾害前兆信息的判识，对于富水隧道突水突泥预警至关重要，为隧道及地下工程的安全建设施工有重大意义。因此，对于富水隧道动力灾变力学机制的研究以及突水动力灾害演变过程的描述至关重要。

地下工程模型试验是对地下工程进行仿真模拟，指导地下工程设计和施工的一种有效的方法和手段，可以形象地模拟隧道及地下工程所处的原岩应力状态、开挖和支护等，由于可以在试件中预埋各种监测原件，可以方便的改变加载条件和开挖条件，通过监测装置获得试件内应力，应变等参量的变化，为工程现场隧洞的开挖施工提供指导和借鉴。因此，开展地质力学模型试验具有重要的意义。国内外学者也研制了真三轴隧道及地下工程模型试验系统，但以前的真三轴隧道及地下工程的试验系统往往存在以下问题：

（1）部分模型试验系统由于加载装置的缺陷，会使试件受力不均匀，试件表面产生不必要的剪应力，影响了试验结果的准确性和可靠性。

（2）部分模型试验系统的加载能力较低，如柔性囊或液压枕加载，不能提供足够大的荷载模拟深埋岩体所处的高地应力状态。

（3）模型试验系统具有繁琐，所需人力物力大，无法实现自动化等缺点。

（4）缺乏一种隧道突水灾害前兆信息监测模型试验系统，从而清楚富水隧道突水动力灾变演化过程以及突涌水灾害的多元前兆信息。

随着对隧道及地下工程建设的科研设计水平和计算精度的要求越来越高，以及对隧道突水突泥突涌水灾害多元前兆信息的判识问题和演化规律，迫切需要研制一种性能优良、技术先进的隧道及地下工程模型试验系统。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术不足，针对隧道多类型突水前兆信息监测问题，提供一种全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，从而丰富富水隧道突水前兆信息的判识问题和演化规律，为实际工程带来作用，降低隧道突水灾害带来的损失。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

全自动真三轴隧道及地下工程模型试验系统，包括对模型试件进行加载的三轴加载装置、数据自动采集分析装置、动力系统以及控制系统；

所述的三轴加载装置包括试验台架、垂直加载系统、水平前后加载系统和水平左右加载系统，垂直、水平前后和水平左右加载系统对模型试验体施加三向压力，更好的还原岩石块实际受力状态；试验台架具有支撑，固定，提供反力的作用；

所述的数据自动采集分析装置包括埋设在模型试件内的微型光纤传感器、光纤监测系统、微型压力盒和应变砖，可实现模型应力、位移、渗压等多场信息的采集，由计算机程序实现信息实时自动采集，实现对多物理场信息的实时数据录入、分析、绘图及预警处理；