[发明专利]含断层破碎带隧道围岩变形破坏的三维模型试验方法

说明书

本发明涉及含断层破碎带隧道围岩变形破坏的三维模型试验方法，属于隧道工程技术领域。该试验方法所用设备及材料分别有自制试验模型箱、石膏、石英砂、重晶石粉、滑石粉等。按设计在隧道拱顶上方，隧道侧壁，仰拱3倍洞泾范围内埋设压力传感器，掌子面中心处埋设纵向压力传感器。围岩材料填至与模型箱上表面齐平。在模型的上方通过采用传力钢板和反力梁、油压千斤顶来进行加载。试验采取全断面无支护开挖方式，开挖进尺4cm/次，共开挖25次，共有2个监测断面和一个数字散斑拍摄面，以监测开挖过程中的围岩应力及位移，能更好的模拟围岩及破碎带的力学性能，且原材料无毒副作用不会对人体造成伤害，原材料易得，价格低廉。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，涉及含断层破碎带隧道围岩变形破坏的三维模型试验方法。

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，选择与原型隧道开挖面尺寸、原型围岩材料、原型破碎带材料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。隧道周围的断层破碎带对实际工程具有较大危险系数，相较于其他地质条件，破碎带区域具有较大孔隙率、较强的离散性、且围岩稳定性差等特点。因此，为了准确模拟出岩体结构中的破碎带，需要能够满足相似关系的破碎带模型材料及基于该材料的含断层破碎带隧道围岩变形破坏的三维模型试验方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供含断层破碎带隧道围岩变形破坏的三维模型试验方法，所用材料与原型材料具有非常相似的物理、力学性质，因而能更好的模拟围岩及破碎带的力学性能，且原材料无毒副作用不会对人体造成伤害，原材料易得，价格低廉。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

含断层破碎带隧道围岩变形破坏的三维模型试验方法，该方法包括以下步骤：

S1：模型容器的准备；

S2：围岩相似材料与破碎带相似材料的准备；

S3：围岩相似材料、破碎带相似材料填埋；

S4：压力盒的埋设；

S5：非接触式全场应变测量系统的布置及数据采集；

S6：模型实验开挖过程。

可选的，所述S1具体为：结合1:70的模型相似比，模型试验箱尺寸为1m长×0.65m宽×1m高，其中共有4块刚度较大的钢板，厚度均为6mm厚；为使加载阶段顶部作用力均匀分布在材料表面，在一块钢板表面沿4个对角布置4块肋条；在沿隧道进尺方向，测量全场应变和位移，布置1m长×0.012m厚×1m高的钢化玻璃。

可选的，所述S2具体为：选择重晶石粉、石英砂、石膏、水、滑石粉为原材料进行配比试验通过直剪试验以及GDS三轴压缩试验，得到模拟围岩的材料配比为：

重晶石粉：20-40目的石英砂：石膏：水＝1：0.18:0.13:0.08

破碎带的材料配比为：

8-12目的砂：20-40目的细砂：滑石粉＝0.5:0.45:1。

可选的，所述S3具体为：围岩相似材料、破碎带相似材料填埋：将搅拌均匀的材料倒入模型试验箱内，材料分层填筑，每填筑10cm，根据V级围岩的密度，压实到一定厚度后进行下一次填筑，基于断层破碎带的倾角过于倾斜，填筑时采用两块木板空出断层带区域，往中间填入断层模拟材料，为保持均匀，围岩材料和断层破碎带材料同时填筑压实。