[发明专利]模拟深埋隧洞爆破开挖卸荷的试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了模拟深埋隧洞爆破开挖卸荷的试验装置及试验方法，该装置包括模型架外框，模型架内框，前侧板，后侧板，模型试样，承压板，液压千斤顶，高压油泵，耐压管，动态测试分析仪，动态应变仪，静态应变仪，爆破振动监测仪，电脑，速度传感器，微型压力盒，电阻应变片，导线，起爆器，炮眼，药卷。试验方法按照以下步骤进行：步骤一、模型试样的制作，步骤二、模型试样的安装，步骤三、模型试样的加载，步骤四、模拟爆破开挖和数据采集，步骤五、数据处理分析。本发明通过相似材料模拟试验可根据实际地质资料将隧洞地质环境按一定相似比较好的还原，具有成本低、操作方便的优势，且能反应出围岩变形破坏的一般规律。

技术领域

本发明属于地下工程开挖技术领域，涉及一种模拟深埋隧洞爆破开挖卸荷的试验装置及试验方法。

背景技术

为满足国民经济持续高速发展的需要，出现了大量的地下岩石工程，如交通、矿山、水电、地下实验室等。隧洞作为地下岩石工程一种最主要的结构形式，其围岩破坏机制、支护设计及稳定性分析等一直是研究的重点和难点。目前隧洞的开挖主要有TBM开挖和爆破开挖两种方式，TBM开挖具有机械化程度高，对围岩扰动小的特点，是一种比较理想的开挖方式，但由于其成本高，且对岩体地质条件有限制，对于硬度较大的岩体，TBM开挖速度慢，刀盘磨损严重，且难以适应复杂地质环境；而爆破开挖具有成本低，操作灵活，对各种复杂地质条件具较好的适应性，因此在大量岩石隧洞工程中仍主要采用爆破的开挖方式。而现有的研究表明开挖卸荷对隧洞围岩的变形和破坏具有重要影响，尤其是深部高应力硬岩隧洞，在爆破扰动和开挖卸荷的影响下，围岩内部发育大量的张拉裂隙，并在高应力的作用下最终发生破坏，如渐近性的板裂化破坏和剧烈岩爆等，严重影响隧洞工程的安全建设和长期稳定性。因此，在隧洞进行爆破开挖前，通过物理相似模拟材料构建物理模型，对高应力深埋隧洞围岩破坏和变形进行模拟试验，研究爆破参数、爆破开挖卸荷和扰动及高应力对隧洞围岩破坏变形的力学规律和机制，对隧洞工程结构的支护设计、安全评价及岩体动力灾害防治方面具有重要的意义。

深埋隧洞爆破开挖后围岩的变形破坏机制复杂，采用常规的支护方式难以保障隧洞的稳定。现场原型试验成本高，试验条件受限制，操作复杂，而相似材料模拟试验可根据实际地质资料将隧洞地质环境按一定相似比较好的还原，具有成本低，操作方便，且能反应出围岩变形破坏的一般规律，是一种有效可行的试验方法。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种模拟深埋隧洞爆破开挖卸荷的试验装置及试验方法，解决了现有技术中现场原型试验成本高，试验条件受限制，操作复杂的问题。通过相似材料模拟试验可根据实际地质资料将隧洞地质环境按一定相似比较好的还原，具有成本低、操作方便的优势，且能反应出围岩变形破坏的一般规律。

本发明所采用的技术方案是，试验装置的模型架由模型架外框和模型架内框组成，模型架内框置于模型架外框底座平台上，模型架内框上左右三个面设有贯穿的方形槽，液压千斤顶伸缩端通过方形槽与承压板相连，液压千斤顶底座与模型架外框连接，模型架内框上左右三面均设有液压千斤顶，液压千斤顶通过耐压管与高压油泵相连，模型架内框内部设有模型试样，模型试样上下左右四个面均设有承压板，承压板上设有圆孔，模型试样前后两面设有前侧板和后侧板，前侧板和后侧板分别与模型架内框相连，模型试样内部设有电阻应变片和微型压力盒，导线通过承压板上的圆孔，微型压力盒通过导线与静态应变仪相连，电阻应变片通过导线与静态应变仪连接，电阻应变片通过导线与动态应变仪相连，动态应变仪与动态测试分析仪连接，动态测试分析仪和静态应变仪分别与电脑相连，前侧板表面设有速度传感器，速度传感器与爆破振动监测仪相连，模型试样上设有炮眼，药卷置于炮眼内部，药卷通过导线与起爆器相连接。

进一步的，所述前侧板和后侧板由方形模块通过螺栓连接而成。

进一步的，所述前侧板和后侧板中间的方形模块上各设有一个与需模拟开挖的隧洞断面大小和形态一致的孔洞。

进一步的，所述模型架内框上左右三面均等间距设置三排液压千斤顶，每排等间距设置三个液压千斤顶。