[发明专利]模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统

说明书

本发明属于岩土工程试验领域，旨在解决模拟试验中不能实现水系冻融循环作用下深部巷道变形可视化检测的问题，具体涉及一种模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，包括高能加速器CT探测系统、试验舱系统、温控系统、水系模拟系统和PET探测系统，其中，高能加速器CT探测系统用于扫描检测试件中裂缝三维形状；温控系统用于模拟冻融循环环境；水系模拟系统用于输送液体以模拟水系通道；PET探测系统用于检测冻融循环作用下试件裂缝中渗流的运移动态。通过本发明对巷道变形过程的可视化检测，实现冻融循环作用下隧道围岩中裂缝发育、扩展的精准检测，以获得设定水系位置、温度参数对应的隧道围岩变形状态，为实际施工作业提供可靠参数。

技术领域

本发明属于岩土工程试验领域，具体涉及一种模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统。

背景技术

现有的大量隧道建设中以及建设后，面临着地下水系发育、高地应力、低温环境对其造成受力变形的预测及维护；现场中的特殊环境等因素影响，不能定量对不同冻融环境中、不同位置的水系对岩体变形以及裂缝发育扩展的情况进行评估。模型试验技术是研究岩土体中大型隧道工程问题的重要手段，可以定性或定量地研究隧道工程中围岩以及隧道结构的受力变形特性，试验结果能较好地反映真实的工程情况且具有广泛的适用性，能为数值计算模型的建立提供合理的参数以及为数值模拟的结果提供可靠对比及参考依据；在实验室进行物理模拟试验对施工现场进行技术指导，是最安全、高效的研究方法。

深部巷道以及隧道稳定性问题是山区隧道建设过程中人们尤为关注且亟待解决的关键性问题之一，常常给工程造成巨大损失。当前成熟的深部巷道以及隧道稳定性理论计算公式对于实际施工操作还是存在一定局限性。对于分析冻融环境中深部巷道以及隧道变形规律，得到岩体破坏模式和破坏机理，探明影响其稳定性的主要因素，对深部巷道、隧道的突水坍塌有效预测预报和防灾减灾具有重要的理论意义和工程实用价值。由于现场试验通常受场地地形地貌、地层岩性、气候条件等影响，无法模拟不同影响因素对深部巷道以及隧道的影响，现有技术中通过试验模拟的，均不能其实现真实的模拟以及可视化的观测，不能全面地探索隧道围岩在冻融环境中岩体受力变形以及水系流体在裂缝中的运移演化规律和控制因素，得到的模拟试验数据缺乏科学性和准确性。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决模拟试验中不能实现地下水冻融循环作用下深部巷道变形可视化检测的问题，本发明提供了一种模拟地下水冻融循环作用下深部巷道变形的可视化系统，包括高能加速器CT探测系统、试验舱系统、温控系统、水系模拟系统和PET探测系统，所述高能加速器CT探测系统用于扫描检测试件中裂缝三维形状。

所述试验舱系统包括箱体、加载装置、保温装置和温控承压垫板装置，所述加载装置设置于所述箱体内部，用于对试件施加围压以模拟地应力；所述保温装置设置于所述加载装置内部，用于进行试件的温度保护；所述温控承压垫板装置设置于所述保温装置内部，用于设置对应的温控管路。

所述温控系统包括温控总控装置、温控作用管路、浴液入口连接管路和浴液出口连接管路，所述温控作用管路设置于所述温控承压垫板装置；所述温控作用管路的两端分别通过所述浴液入口连接管路、所述浴液出口连接管路连通至所述温控总控装置；所述温控总控装置通过所述浴液入口连接管路、所述温控作用管路、所述浴液出口连接管路以控制模拟冻融循环环境。

所述水系模拟系统包括水系控制装置和水系组件，所述水系组件设置于所述水系控制装置与试件之间，用于输送液体以模拟水系通道。

所述PET探测系统包括第一探测器装置和第二探测器装置，所述第一探测器装置、所述第二探测器装置分别设置于所述箱体的两侧，用于检测冻融循环作用下试件裂缝中渗流的运移动态。

在一些优选实例中，所述水系组件包括水系输送管路和连接头，所述连接头设置于试件注水孔，用于输送所述水系输送管路中的液体同时密封注水孔；其中，试件注水孔可设置于隧道模型周侧，用于模拟不同位置的水系管路。