[发明专利]一种下穿高地应力采空区隧道模型试验方法

权利要求书

1.一种下穿高地应力采空区隧道模型试验方法，将围岩相似材料、采空相似材料填充入隧道模型试验箱进行隧道岩土试验，其特征在于，包括以下步骤：

将隧道模型试验箱固定放置于地面并调平；

制作衬砌模型，并在衬砌模型内侧和外侧布置若干个用于测试其压力和形变的应变片；

将围岩相似材料依次分层填入隧道模型试验箱，每层填装完成后进行振捣压实；当所述围岩相似材料填装与第一平面垂直距离为A时，置入衬砌模型，继续填充围岩相似材料，使围岩与衬砌模型紧密接触，并在围岩上布置若干个压力盒、位移计，所述第一平面为隧道模型试验箱底座所在的平面；当所述围岩相似材料填装至与第一平面垂直距离为B时，继续填入围岩相似材料至围岩远离地面的一侧与第一平面的夹角为15°至30°的位置；振捣压实后沿围岩连续均匀地填充采空区相似材料，根据试验要求布置相应厚度的采空区，然后在所述采空区上布置若干个压力盒、位移计；再沿远离所述第一平面的方向连续均匀地分层填筑围岩相似材料，直至达到距所述第一平面的垂直距离为C时停止填筑；其中C>B>A，根据实验需求调整A、B、C的大小；

围岩相似材料养护完成后，使用钢板盖上围岩，并用伺服压力机对隧道模型试验箱平行和垂直于第一平面的方向施加压力，期间采集并分析围岩的压力、位移和衬砌的压力、形变。

2.如权利要求1中所述的下穿高地应力采空区隧道模型试验方法，其特征在于，制作衬砌模型时使用到衬砌模具，所述衬砌模具包括内模、外模、固定杆、模具底板以及模具盖板组装而成，所述内模及外模上设置有与固定杆相匹配的通孔，所述内模外侧和外模内侧均设有钢板；所述外模包括第一外模和第二外模，并通过外模连接器进行拼接固定；将内模和外模通过固定杆固定于模具底板上，再通过外模连接器将第一外模和第二外模拼接固定，完成衬砌模具的准备。

3.如权利要求2中所述的下穿高地应力采空区隧道模型试验方法，其特征在于，衬砌模型制作方法具体为：在内模外侧和外模内侧依次固定塑料薄膜及钢筋网；将衬砌模型材料搅拌均匀后缓慢倒入内模与外模组成的空隙中，并用振动棒振捣衬砌模型材料；在衬砌模具盖板涂上凡士林，并用所述衬砌盖板将衬砌模具密封；在室温环境中静置数天取出成型的衬砌模型。

4.如权利要求1中所述的下穿高地应力采空区隧道模型试验方法，其特征在于，位移计均匀布置在所述采空区靠近及远离所述衬砌模型的端面处。

5.如权利要求1中所述的下穿高地应力采空区隧道模型试验方法，其特征在于，压力盒在衬砌周围沿平行或/和垂直于第一平面的方向设置。

6.如权利要求5中所述的下穿高地应力采空区隧道模型试验方法，其特征在于，所述压力盒包括用于测试水平方向压力的水平压力盒及用于测试竖直方向压力的竖直压力盒，所述水平压力盒与竖直压力盒成对设置，以测试同一位置的水平压力和竖直压力。

7.如权利要求1中所述的下穿高地应力采空区隧道模型试验方法，其特征在于，衬砌模型材料、围岩相似材料及采空区相似材料均由石英砂、石膏、重晶石粉、水依次按质量比1：1：1.8：2、1：1：5.5：0.6及1：1.5：2.5：0.8混合而成。

8.如权利要求1中所述的下穿高地应力采空区隧道模型试验方法，其特征在于，A为600mm至800mm、B为640mm至850mm、C为2000mm至2200mm，采空区的厚度为200mm至250mm。

9.如权利要求1中所述的下穿高地应力采空区隧道模型试验方法，其特征在于，填充围岩相似材料时每层厚度为8cm至15cm。

10.如权利要求1至9任一项中所述的下穿高地应力采空区隧道模型试验方法，其特征在于，所述隧道模型试验箱采用钢材焊接成型。