[发明专利]一种地下洞室模拟实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种地下洞室模拟实验装置，其特征在于，包括支撑底架、重力补偿机构和一对调节支架；所述调节支架对称安装于所述支撑底架上，且能够相对所述支撑底架移动；所述重力补偿机构包括压板和施力组件，所述压板设于两个所述调节支架间，所述施力组件安装于所述压板上部且能够对压板施加压力，使实验装置内部的实验模型受力均匀；

所述施力组件包括安装于所述调节支架顶部的两个定滑轮、设于两个定滑轮之间的升降滑轮、绕过定滑轮和升降滑轮的承压皮带以及设于承压皮带两端的配重块，所述升降滑轮通过连接块与所述压板相连；

所述调节支架包括主板、垂直固定于主板两侧的侧板以及固定于主板底部的滑移架，所述滑移架卡设于所述支撑底架上且能够相对所述支撑底架移动；

还包括分别固定于所述调节支架两侧的第一挡板和第二挡板；所述第一挡板和第二挡板均由若干单元板依次排列而成；所述调节支架的两侧设有自上而下均匀分布的调节孔，所述第一挡板和所述第二挡板的各单元板分别与调节支架两侧的调节孔一一对应安装；

采用所述地下洞室模拟实验装置进行地下洞室模拟实验的方法，包括以下步骤：

根据实验要求制作若干洞室块体模型，各洞室块体模型均设有牵引绳；

将调节支架移动到实验要求的尺寸位置，将第一挡板和第二挡板的单元板对应调节孔依次安装，使调节支架与支撑底架相对固定；

向两个调节支架间注入围岩相似材料，并在设计位置铺设洞室块体模型，相邻块体的锡箔纸叠加面上均匀涂抹一层凡士林；

继续向上安装第一挡板和第二挡板的单元板，并持续注入围岩相似材料直至达到设计高度；当围岩相似材料达到设计高度后将顶部处理平整，获得实验模型，此时将重力补偿机构的压板居中放置于实验模型的顶部中央，以承压皮带绕过定滑轮和升降滑轮，通过计算得出实验模型所需的重力补偿值，在承压皮带两端连接配重块，调节顶部升降滑轮以实现滑轮组受力传导效率的改变，直至调节到实验模型所需的重力补偿值；

待实验模型达到设计强度后，利用牵引绳将洞室块体模型按开挖顺序依次抽出，模拟地下洞室的真实开挖过程，观测围岩的应力及位移变化。

2.根据权利要求1所述的地下洞室模拟实验装置，其特征在于，所述主板下部与所述滑移架间连接有倾斜设置的斜撑。

3.根据权利要求1所述的地下洞室模拟实验装置，其特征在于，两个所述主板的顶部对称设有滑轮杆，所述滑轮杆端部安装有所述定滑轮。

4.根据权利要求1所述的地下洞室模拟实验装置，其特征在于，还包括安装于所述支撑底架下方的防滑底座，所述防滑底座包括横梁、与横梁固接的支腿以及设于支腿底部的防滑垫，所述横梁固定于所述支撑底架的底部。

5.根据权利要求1所述的地下洞室模拟实验装置，其特征在于，洞室块体模型的制作方法，包括以下步骤：

在块体的模具内壁贴一层薄膜，注入围岩相似材料并在材料内留下牵引绳；

压实，使围岩相似材料紧密贴合模具；

待围岩相似材料在模具内定型并达到实验强度后，脱模取出，即可获得洞室块体模型。

6.根据权利要求1所述的地下洞室模拟实验装置，其特征在于，洞室块体模型脱模取出后在原有薄膜层外包裹一层锡箔纸，铺设洞室块体模型时，相邻块体的锡箔纸叠加面上均匀涂抹一层凡士林。