[发明专利]一种采用凡士林和薄膜制作软弱夹层的隧道模型试验方法

说明书

本发明涉及一种采用凡士林和薄膜制作软弱夹层的隧道模型试验方法，属于岩土及地下工程中的隧道工程技术领域，该方法中以凡士林和薄膜制作软弱夹层，所得到的软弱夹层的容重、强度及其变形特性能更好的模拟真实软弱夹层的力学性能。由于该软弱夹层物理和力学性能稳定，不易受外界环境影响，加之其组分单一，能够很好地避免因其组成的原因导致其在试验过程发生变化而影响试验结果，另外，该软弱夹层足够光滑、可重复性强，能够使内摩擦角减小2°‑7°，加上本发明中特定的铺设方式，能够将其很好的固定，不但能够避免软弱夹层与围岩之间发生相对滑动，还能够很好地保证软弱夹层不因围岩压力而被挤出，使最终的测试结果更能体现真实情况。

技术领域

本发明属于岩土及地下工程中的隧道工程技术领域，具体涉及一种采用凡士林和薄膜制作软弱夹层的隧道模型试验方法。

背景技术

隧道力学的理论分析不能够完全反映实际工程状况，因此国内外很多学者提出了模型试验研究方法，在基本满足相似原理的条件下，能避开数学和力学上的困难，真实、全面、直观地反映隧道开挖过程中围岩的受力特征、变形趋势和稳定性特点，因此隧道模型试验成为了研究隧道问题的重要方法。其中，在隧道模型试验过程中，选择与原型软弱夹层物理力学性能相似的模型材料是模型试验的基础，也是模型试验能否成功的关键。软弱夹层是对实际工程具有较大危险系数的特殊岩体，相较于其他岩体，软弱夹层厚度较薄，其力学强度和变形模量比较低，饱和抗压强度仅为干抗压强度的二分之一甚至更低，其具有高压缩性和低强度的特性，软弱夹层每一部分的结构、致密程度、含水量、孔隙度、塑性指数及力学强度均有所不同。因此，为了准确模拟出岩体结构中的各类软弱夹层，需要能够满足相似关系的软弱夹层模型材料及基于该材料的隧道模型试验方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采用凡士林和薄膜制作软弱夹层的隧道模型试验方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种采用凡士林和薄膜制作软弱夹层的隧道模型试验方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将隧道模型试验箱调平，所述隧道模型试验箱正面和背面对称设置有观测窗口，所述观测窗口内设置有隧道口；

(2)将围岩相似材料分层填入步骤(1)中的隧道模型试验箱内，每层填装完成后进行振捣压实，当所述围岩相似材料填装至隧道口时，置入与所述隧道口大小匹配的沙袋，继续填入所述围岩相似材料至距离所述隧道口拱顶0.3B-0.5B且与水平夹角为25°-40°的位置，振捣压实后根据试验要求填充相应厚度的软弱夹层，然后在所述软弱夹层上布置压力盒，最后再以所述围岩相似材料填充至设计高度；所述B为所述隧道口的跨度；所述软弱夹层由凡士林和薄膜制成；

(3)在所述隧道模型试验箱的正前方安装图像采集器，利用散斑工具对设置在所述隧道模型试验箱正面的观测窗口内填充有围岩相似材料的区域进行无规律散斑标记；

(4)将步骤(2)中置入的沙袋清除，然后采用加载方法逐渐增加上覆荷载至围岩发生大面积塌方，期间对隧道围岩变形及破坏图像进行采集并分析，获得隧道围岩的全场应变，再对隧道围岩应力进行自动连续采集并进行数据处理。

优选地，步骤(1)中，所述观测窗口外还设置有透明的观测窗口挡板。

优选地，步骤(2)中，所述围岩相似材料由重晶石粉、石英砂、石膏和水按质量比11：2：2：0.12混合而成。

优选地，步骤(2)中，所述软弱夹层相似材料的填充方法具体为：首先按横向等距和纵向等距在围岩相似材料表面布满钉子形成钉子层Ⅰ，然后依次铺设薄膜Ⅰ、凡士林和薄膜Ⅱ，所述钉子层Ⅰ依次穿过所述薄膜Ⅰ、凡士林和薄膜Ⅱ，最后按横向等距和纵向等距在所述薄膜Ⅱ表面布满钉子形成钉子层Ⅱ，所述钉子层Ⅱ依次穿过所述薄膜Ⅱ、凡士林和薄膜Ⅰ且钉子层Ⅱ中各钉子与所述钉子层Ⅰ中各钉子错位分布。