[发明专利]一种地下工程围岩危石垮塌模拟用平台、模拟系统及方法

说明书

本发明涉及一种地下工程围岩危石垮塌模拟用平台、模拟系统及方法，包括四个竖直布置的反力墙，多个反力墙围合形成方形的反力空间，所述反力墙的下端开口处安装有底座；每个反力墙靠近反力空间的一侧设置有一列水平布置的应力加载板，所述反力空间的上方设置有反力梁；反力梁、应力加载板与底座围合形成加载空间，所述加载空间用于放置待测试的围岩模拟块；所述应力加载板能够沿反力墙的法线方向水平运动，所述反力梁能够沿竖直方向运动，以此完成围岩模拟块的加载；所述应力加载板与反力梁分别通过直线运动单元驱动以实现运动。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种地下工程围岩危石垮塌模拟用平台、模拟系统及方法。

背景技术

随着我国交通、能源、水利等基础设施建设蓬勃发展，以隧道、地下厂房、地下综合体等为代表的地下工程建设进入了高速发展时期。地下工程围岩危石垮塌是地下工程安全建设的重要威胁，自2005年至今见报的危石垮塌案例多达300余起，轻者造成机械损毁、工期延误，严重者造成人员伤亡和重大经济损失。围岩危石垮塌灾害演化机理不明，缺乏可靠的灾害源定位和预测预警装备，是灾害防控研究面临的理论与技术难题。

发明人了解到，目前国内外尚无面向地下工程围岩危石垮塌灾害的模拟试验仪器，无法为新理论、新技术研究提供可靠的实验平台，是桎梏灾害演化机理揭示和定位预警技术发展的主要因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种地下工程围岩危石垮塌模拟用平台、模拟系统及方法，能够实现地下工程围岩危石垮塌机理与规律模拟试验。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供一种地下工程围岩危石垮塌模拟用平台，包括四个竖直布置的反力墙，多个反力墙围合形成方形的反力空间，所述反力墙的下端开口处安装有底座。

每个反力墙靠近反力空间的一侧设置有一列水平布置的应力加载板，所述反力空间的上方设置有反力梁；反力梁、应力加载板与底座围合形成加载空间，所述加载空间用于放置待测试的围岩模拟块。

所述应力加载板能够沿反力墙的法线方向水平运动，所述反力梁能够沿竖直方向运动，以此完成围岩模拟块的加载。所述应力加载板与反力梁分别通过直线运动单元驱动以实现运动。

作为本发明第一方面的进一步限定，所述底座上设置有开口，所述底座的下部设有地下室，所述地下室中设置有拱架，所述拱架能够沿竖直方向升降，以实现拱架在地下室与加载空间中的转移。

作为本发明第一方面的进一步限定，所述拱架的数量为多个，多个拱架能够分别沿竖直方向升降，所述拱架与地下室下底面之间设置有竖直布置的升降机构，所述升降机构用于驱动拱架的升降。

本发明的第二方面提供一种地下工程围岩危石垮塌模拟系统，包括所述的地下工程围岩危石垮塌模拟用平台，还包括模拟系统，所述模拟系统包括全系投影装置、控制装置和围岩模拟块，所述围岩模拟块中安装有传感器，所述传感器用于将围岩模拟块在加载时的信息传递给控制装置，所述控制装置中预存有围岩模拟块的三维模型，所述控制装置能够根据传感器的信息来更改三维模型的变化；

所述全系投影装置能够根据控制装置传递的信息，完成三维模型的在空间中的投影。

本发明的第三方面提供一种地下工程围岩危石垮塌模拟试验方法，包括以下步骤：

启动控制装置，调控应力加载板同步推进、拱架同步上升，与底座共同拼接形成半封闭空间。

在半封闭空间内预制围岩模拟块，将传感器埋入岩体内部，连接传感器和控制装置，开始获取岩体内部位移与应力状态信息，预制完成后进行常规养护，等待材料强度达到设计要求。

在设定位置处安设并启动红外相机、声发射监测等多物理场信息监测设备，启动全息投影装置，投影围岩模拟块的岩体结构初始状态。