[发明专利]块裂岩体开挖扰动与掘进机护盾受力监测模型试验系统及方法

说明书

本发明公开了一种块裂岩体开挖扰动与掘进机护盾受力监测模型试验系统及方法，包括裂隙岩体采用模具预制，并用刀具切割生成所需裂隙，所述液压加载系统将模型试验台架作为反力结构，向裂隙岩体施加压力，模拟真实地应力，所述水压模拟系统向裂隙岩体施加水，实现地下水对裂隙岩体失稳过程的影响，所述掘进开挖系统通过电机控制推进千斤顶来实现对刀盘的控制，对拟开挖部分进行破岩掘进，所述监测系统对掘进开挖过程中裂隙岩体应力场变化进行监测，并在掘进机护盾表面布设监测元件，监测掘进过程中护盾的受力作用。

技术领域

本发明涉及一种块裂岩体开挖扰动与掘进机护盾受力监测模型试验系统及方法。

背景技术

伴随着我国经济的飞速发展，大批水利水电工程、铁路公路交通工程等重大基础工程加快了建设步伐，这大大促进了隧洞工程的建设。在我国西南地区在建工程中，隧道工程的应用日益广泛。块裂岩体失稳是地下工程中常见的灾害形式。在隧道施工过程和运营期，容易出现块裂岩体失稳的现象，对人的生命财产安全造成巨大的损失，造成工期延误、机械设备损坏、投资费用增加等诸多问题。

地下工程模型试验法是按照相似比和相似理论，将实际工程按照一定的比例缩小成一个模型，通过在比例缩小或等比模型上进行相应的试验，获取相关数据得到相关结论的一种方法。目前，地下工程模型试验法已成为地下工程领域最为主要的研究手段之一。研究隧道与地下工程掘进机开挖过程中块裂岩体开挖扰动过程及机理对工程防灾减灾具有重要的指导意义，以往的模型试验针对掘进机开挖过程中块裂岩体开挖扰动过程及机理的研究较少，仅针对某个单独影响因素对开挖过程中块裂岩体开挖扰动过程展开模型试验研究。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种块裂岩体开挖扰动与掘进机护盾受力监测模型试验系统及方法，本发明将系统性对隧道与地下工程中掘进机开挖过程中块裂岩体开挖扰动过程及机理、掘进机护盾受力情况进行研究，以指导实际工程，为隧道与地下工程提出一些指导性建议。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种块裂岩体开挖扰动与掘进机护盾受力监测模型试验系统，包括模型试验台架、裂隙岩体、液压加载系统、监测系统、水压模拟系统和掘进开挖系统，其中：裂隙岩体、液压加载系统设置于模型试验台架，所述裂隙岩体采用模具预制，并用刀具切割生成所需裂隙，所述液压加载系统将模型试验台架作为反力结构，向裂隙岩体施加压力，模拟真实地应力，所述水压模拟系统向裂隙岩体施加水，实现地下水对裂隙岩体失稳过程的影响，所述掘进开挖系统通过电机控制推进千斤顶来实现对刀盘的控制，对拟开挖部分进行破岩掘进，所述监测系统对掘进开挖过程中裂隙岩体应力场变化进行监测，并在掘进机护盾表面布设监测元件，监测掘进过程中护盾的受力作用。

进一步的，所述模型试验台架通过整块钢板作为台架底板，底板上安装滑轨，为上部试验台架提供底座，外部台架由单榀钢框架通过高强度螺栓连接而成，作为反力结构。

进一步的，所述整块钢板作为试验装置底座，外围钢框架由带有螺栓槽的型钢钢板拼接组成，框架下部通过螺栓与台架底板栓接固定，底板表面布设一条滑轨；钢台架内部安装液压千斤顶，左右侧和上方各安装三个，通过矩形板作用在成型的岩体表面，利用计算机控制调节千斤顶压力大小，模拟不同环境地应力的需求。

进一步的，所述裂隙岩体采用固态的石蜡制备而成，将石蜡融化后倒入模具，放置一段时间待其凝固。

进一步的，所述液压加载系统包括多个液压千斤顶和加压板，液压千斤顶通过加压板传递压力，千斤顶与反力架相连成一个整体，液压千斤顶和数控系统通过计算机控制压力大小，对裂隙岩体提供加载，模拟真实地应力。

进一步的，所述水压模拟系统包括水泵、水箱以及导水管，水箱连接导水管，通过水泵控制导水管中水压大小，模拟实际地下工程中存在的地下水对裂隙岩体的影响。