[发明专利]一种研究爆破动力失稳机理的边坡模型试验方法及系统

权利要求书

1.一种研究露天转地下开采爆破动力失稳机理的边坡模型试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制作试验模型：合理概括高陡边坡原型断层带和上下盘围岩的空间相对关系，并考虑模型试验相似理论及其模型试验的实际可操作性，得出基本物理量的相似比尺，选取典型研究模型断面，并制作与高陡边坡原型区域地质条件相似的小比例尺边坡试验模型，考虑现有试验条件的局限以及试验研究的目的，将试验模型简化为平面应变模型，并最终以试验试块的形式制作并进行研究，试验试块断面包括上盘围岩-断层-下盘围岩；

2)加载试验模型：分为两个部分：①试验试块初始应力状态加载，通过分析边坡原型，对试验模型进行简化分析，然后根据模型试验相似理论对试验试块初始应力状态进行计算，并通过调整弹簧的个数及其与试验试块的距离来对试验试块施加初始应力；②试验试块不同爆破振动模拟荷载加载：在初始应力状态平衡后，通过振动台运行时与模型加载系统的相对位置变化，间接的对试验模型施加不同爆破振动模拟荷载，来研究高陡缺陷边坡在反复加载条件下的边坡岩体结构面的抗剪强度变化规律；

3)模型试验测试：通过应力控制式剪切仪，对每组进行过振动台试验的试验试块进行直剪试验，获取边坡岩体结构面在反复爆破振动作用下抗剪强度的衰减规律。

2.根据权利要求1所述的研究露天转地下开采爆破动力失稳机理的边坡模型试验方法，其特征在于，所述步骤1)试验试块的制作具体包括以下几个工序：

a.根据选取的试验试块断面设计出试验试块形状，并标明上盘围岩、下盘围岩以及断层的具体位置和尺寸；

b.分别以配方量混合各组分得到砂浆状的上盘围岩体相似材料、下盘围岩体相似材料和断层带相似材料，放入预先制备好的试验试块制作模具中进行养护成型；

c.将制作好的上盘围岩体相似材料、下盘围岩体相似材料放入试验模型框架中的对应位置处，并以砂浆状的上盘围岩体相似材料、下盘围岩体相似材料作为胶结剂，将断层带相似材料胶结于上盘围岩体相似材料、下盘围岩体相似材料之间，得到符合试验要求应用于模拟高陡边坡露天转地下开采爆破动力失稳机理研究的试验试块。

3.根据权利要求1所述的研究露天转地下开采爆破动力失稳机理的边坡模型试验方法，其特征在于，所述步骤2)中试验试块初始应力状态施加的具体流程为：预先通过试验计算出弹簧的弹性系数，并根据模型试验相似理论计算出相似转换后的试验试块的初始应力状态，从而计算出试验试块在不同应力状态下，所对应相同弹模弹簧的施加个数及其与试验试块的相对距离；

4.根据权利要求1所述的研究露天转地下开采爆破动力失稳机理的边坡模型试验方法，其特征在于，所述步骤2)中振动台对试验试块不同爆破振动模拟荷载施加包括垂直围岩应力的加载和水平围岩应力的加载，具体为：对于水平爆破振动模拟来说，垂直围岩应力相当于静载，将计算好长度以及相对位置的垂直围岩应力加载装置固定在振动台上，从而实现对试验试块顶部施加不变围压；水平围岩应力加载装置采用与垂直围岩应力加载装置相同的制作工艺固定在振动台外，通过调节试验试块左右两边水平围岩应力加载装置中的两组带弹簧铁板之间的水平距离，使试验试块承受一定的预应力，从而实现对试验试块水平围岩应力的加载，同时在振动台运行时，水平围岩应力加载装置与试验试块发生相对位置移动，来模拟试验试块受到水平爆破振动荷载。

5.根据权利要求1所述的研究露天转地下开采爆破动力失稳机理的边坡模型试验方法，其特征在于，所述步骤3)中直剪试验时，每组试验试块共有四个，每个试验试块设置不同剪切正应力，在进行每个试验试块剪切试验时，正应力保持恒定，逐级施加剪应力，每加一级，坚持30s，直至试验试块剪断，其中每级剪应力的大小，按正应力的2％-5％取值。