[实用新型]模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置

说明书

本实用新型公开了模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置。该装置包括反力架，承压板，液压千斤顶，爆破孔，连接螺栓，液压千斤顶控制开关，液压千斤顶控制线路，液压泵站，液压管路，电脑，爆破控制开关，爆破引线，应变片，孔洞，连接板，螺孔，相似材料试样，应变仪，螺母。本实用新型能够实现三维加载条件下的先加载后爆破开挖的模拟试验。

技术领域

本实用新型属于地下工程开挖技术领域，涉及一种模拟三维加载条件下爆破开挖卸荷的试验装置。

背景技术

随着我国矿山巷道、交通隧道和国防及地下厂房施工建设的迅猛发展，地下空间的开发利用逐渐向深部发展，地质条件越来越复杂。地下工程中开挖卸荷产生动力扰动，引起巷道围岩产生岩爆、挤压大变形和分区破裂化等工程问题，同时引起了国内外学者的广泛关注，成为岩石力学领域研究的热点和难点。岩爆主要是由于爆破产生的动力扰动触发的。目前地下工程的开挖方法主要有钻爆法和机械开挖两种。钻爆法利用凿岩机钻孔，然后在孔内装入炸药，通过引爆炸药破碎围岩，钻爆法的卸荷速率极快可以看做瞬态卸荷开挖，爆破过程中会产生较强的动力扰动波。机械开挖主要是利用掘进机的切割头破岩，掘进机在较软和节理裂隙发育的页岩、泥岩和砂质泥岩等岩层中，有着较高的掘进效率。但由于掘进机在掘进过程中，常常会遇到完整性和坚固性较好的坚硬岩体，导致掘进机切割岩石比较困难，并且对截齿(切割头上的刀具)消耗大幅度增加，造成施工成本的大大提高。机械开挖卸荷与爆破开挖卸荷相比，机械开挖卸荷的速率较小。在地下工程施工过程中，开挖卸荷实际上是岩体在开挖面的应力得到释放，打破了原有的力学平衡状态，使岩体进行应力调整，产生新的变形。不同的开挖方法对应不同的开挖卸荷应力路径，钻爆法爆破开挖卸荷的速率极快，对于研究地下工程爆破围岩的应力重分布(应力调整)具有重要的研究价值。在岩石力学中，主要通过理论分析、室内模型试验和数值模拟三种方法研究地下施工过程的开挖卸荷对巷道围岩稳定性及破坏的影响，室内模型试验主要有两种方式模拟开挖卸荷：先开挖后加载和先加载后开挖。

目前，多采用先开挖后加载的室内试验方法来模拟洞壁的破坏过程，但是先开挖后加载的模拟方法与地下工程施工前处于一定的应力环境中不相吻合，因此为了更好的研究巷道围岩的破坏及力学性质，先加载后开挖的试验方法更接近实际工程。也有学者采用孔内加卸荷的方法模拟机械开挖卸荷，但是对于真三轴加载条件下爆破开挖卸荷的研究却鲜见报道。国内关于地下工程开挖卸荷方面的专利，如申请号为201610220535.9，实用新型名称为“一种实现岩石孔内不同应力路径加卸荷的试验装置”，公开日：2016年8月17日，公开了一种实现岩石孔内不同应力路径加卸荷的试验装置，该专利通过对含预制孔洞的试样孔内加压，然后卸载孔内压力的方法模拟开挖卸荷，整个试验过程为试样开孔→加载→孔内加压→孔内缷压，无法实现先加载后开挖的试验过程。申请号为201610551010.3，实用新型名称为“巷道开挖卸荷模拟试验装置及试验方法”，公开日：2016年9月7日，公开了一种巷道开挖卸荷模拟试验装置及试验方法，该专利在预制巷道内通过下承压板、上承压板和侧承压板对巷道施加孔内压力，然后卸荷的过程模拟巷道的开挖卸荷，该方法属于先开挖后加载，与工程实践中的开挖卸荷过程不同。申请号为201510228942.X，实用新型名称为“适用于地质力学模型试验的开挖卸荷装置”，公开日：2015年8月12日，公开了一种适用于地质力学模型试验的开挖卸荷装置，该专利对模型试验中的硐室围岩开挖卸荷全过程进行动态模拟，未涉及岩石试样先加载后开挖的试验过程。申请号为201610028031.7，实用新型名称为“模拟井巷开挖卸荷的试验方法”，公开日：2016年6月15日，公开了一种模拟井巷开挖卸荷的试验方法，该专利的试验方法对井巷围岩的逐步、快速卸荷进行真实模拟，体现不同巷道断面形状对围岩变形、裂纹产生及发展的影响，该方法属于先开孔后加载，孔内加卸荷的试验，与现场的施工方式(岩体受力条件下开挖卸荷)不同。

上述专利均没有介绍先加载后开挖的试验方法，来使试验方法更吻合施工前处的应力环境，对于真三轴加载条件下爆破开挖卸荷的研究却很少有人问津。

实用新型内容