[实用新型]模拟二维加载液氮降温巷道开挖卸荷的试验装置

说明书

本实用新型公开了模拟二维加载液氮降温巷道开挖卸荷的试验装置。该装置包括钻孔取芯钻头，降温注液孔，注液控制开关，密封控制阀，钻杆，电机，滑块，连接杆，齿条，齿轮，变速电机，导轨，液氮瓶，轴承，可伸缩支座，岩石试样，管道，转动连接杆。本实用新型在钻取岩石试样的过程中打开注液控制开关通过降温注液孔向钻孔取芯钻头注入液氮来降低钻头的温度，避免了用水降温容易弱化岩石材料的相关性能这一问题。

技术领域

本实用新型属于地下工程开挖技术领域，涉及一种模拟二维加载液氮降温圆形巷道开挖卸荷的试验装置。

背景技术

随着矿山、隧道和地下厂房施工的迅猛发展，由于开采深度的增加，面临的地质条件日趋复杂，地下工程中开挖卸荷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。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。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。

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，且传统方法主要采用水进行降温，而含水率对岩石的力学特征及破坏特征具有一定的影响，进而影响试验结果。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型提供一种模拟二维加载液氮降温巷道开挖卸荷的试验装置，解决了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的问题，并在钻取岩石试样的过程中打开注液控制开关通过降温注液孔向钻孔取芯钻头注入液氮来降低钻头的温度，避免了用水降温容易弱化岩石材料的相关性能这一问题。