[发明专利]模拟开挖卸荷诱发缓倾层状岩体隧道底鼓的试验方法

说明书

本发明为一种模拟开挖卸荷诱发缓倾层状岩体隧道底鼓的试验方法，该方法基于获取的隧道围岩地质模型，将与现场缓倾层状围岩各岩层性质相同的原岩或相似模型材料按照隧道底部围岩的地质特征获得构建试验模型；在试验模型各层的层间处，分别粘贴与岩层方向一致和与岩层方向垂直的应变片，监测岩层间的层间错动以及层间张开量，在模型的顶部均匀贴上与岩层方向一致的应变片，监测模型顶部各部位的变形；通过对试验模型施加竖向卸荷来模拟隧道开挖的卸荷，采用对试验模型施加水平荷载来模拟围岩的地应力，获取隧道底鼓的宏观模式以及力学及变形特征。

技术领域

本发明涉及岩石力学及隧道工程领域，具体涉及模拟开挖卸荷诱发缓倾层状岩体隧道底鼓的试验方法。

背景技术

随着我国川藏铁路等国家重大战略项目的推进，山区建设中涌现了一大批隧道工程，当隧道开挖穿越高应力环境的软弱缓倾层状围岩时，常会发生一种典型的地质灾害—隧道底鼓，对建设期间的施工安全和服役期间的行车安全造成了严重威胁。由于隧道底鼓是一个十分复杂的力学过程，与隧道围岩性质、开挖卸荷量及地应力等因素密切相关，因此，对开挖卸荷诱发缓倾层状岩体隧道底鼓开展研究是十分必要的。

目前，针对隧道底鼓方面的研究多采用地质调查、现场监测分析以及数值模拟的手段(如钟祖良,刘新荣,王道良,等.桃树垭隧道底鼓发生机理与防治技术研究[J].岩土工程学报,2012,34(03):471-47；王进博,黄滚,唐建新,等.水平层状页岩隧道底鼓机理及处治技术[J].安全与环境学报,2017,102(06):2246-2251)，定性地研究隧道底鼓的发生机理及其主要影响因素，并得出了隧道发生底鼓的理论模型。

因此，为了掌握开挖卸荷诱发缓倾层状岩体隧道底鼓的破坏响应，需要提出一种可以模拟开挖卸荷诱发缓倾层状岩体隧道底鼓的试验方法，对隧道底鼓破坏的启动机理及控制性指标的具体影响进行深入研究。

发明内容

本发明的目的是提出一种模拟开挖卸荷诱发缓倾层状岩体隧道底鼓的试验方法，基于前人的隧道底鼓理论模型，依托研究基地给出对应的隧道围岩地质模型，通过不同岩性和几何尺寸的层状原岩(也可以为模型材料)来模拟隧道底部围岩，获得试验模型，通过对试验模型的竖向卸荷来模拟隧道开挖的卸荷，采用对模型试件施加水平荷载来模拟围岩的地应力，获取隧道底鼓的宏观模式以及力学、变形特征。

本发明的技术方案是：一种模拟开挖卸荷诱发缓倾层状岩体隧道底鼓的试验方法，其特征在于，

该方法基于获取的隧道围岩地质模型，将与现场缓倾层状围岩各岩层性质相同的原岩或相似模型材料按照隧道底部围岩的地质特征构建试验模型；

在试验模型各层的层间处，分别粘贴与岩层方向一致和与岩层方向垂直的应变片，监测岩层间的层间错动以及层间张开量，在模型的顶部均匀贴上与岩层方向一致的应变片，监测模型顶部各部位的变形；

通过对试验模型施加竖向卸荷来模拟隧道开挖的卸荷，采用对试验模型施加水平荷载来模拟围岩的地应力，获取隧道底鼓的宏观模式以及力学及变形特征。

具体过程是：

(1)以依托工程为研究基地，调查隧道底部围岩的地质特征，获取隧道围岩地质模型，并现场获取缓倾层状围岩各岩层的样本，制备出符合试验标准的圆柱形岩层试样，通过室内试验(如单轴、三轴压缩试验)获取不同岩层试样的强度、模量参数及破坏形态；

(2)以步骤(1)中的强度、模量参数及破坏形态作为参考标准，配置各岩层的相似模型，并记录各岩层相似材料的配比；

(3)根据步骤(1)中隧道围岩地质模型，采用步骤(2)中的相似材料，分层浇筑模拟缓倾层状围岩体隧道底部围岩的长方体试验模型；