[发明专利]三轴模型试验装置及试验方法

说明书

本发明公开一种三轴模型试验装置及试验方法，装置包括：用于向模型加载载荷的模型加载反力装置，模型加载反力装置包括分别设置在顶部、底部、前方、后方、左侧和右侧的可拆卸连接的梁结构，每一梁结构设置有一个或多个向模型加载反力装置内部施加载荷且可拆卸的加载装置，在模型与至少一梁结构之间或者在至少一梁结构上设置有开挖窗口装置，开挖窗口装置在预设开挖位置设置有开挖窗口或者可拆卸件。本发明通过设置在梁结构的加载装置向模型三轴方向施加载荷，并留出开挖窗口和可拆卸件，方便进行十字开挖。同时，本发明能进行不同高度十字交叉开挖，实现模拟不同地质条件、不同应力条件、不同高度十字交叉开挖隧道的变形破坏特征和岩层运动规律。

技术领域

本发明涉及岩土工程相关技术领域，特别是一种三轴模型试验装置及试验方法。

背景技术

随着国家的快速发展，煤炭等资源的开采不断向深部发展，以及近年来，我国为了全面发展，公路、铁路开始大规模向山区延伸，隧道在线路中占的比例越来越高。岩体处于复杂的应力状态，洞室开挖后的围岩稳定问题一直是研究的重点问题。

对岩体的应力加载、开挖和开采会导致其产生不同程度破坏、失稳，由此带来一系列的安全和环境问题。但传统的理论分析方法难以处理这复杂的非线性变形破坏问题，地质力学模型试验有利于在复杂的试验过程中突出关键性问题。

国内外专家已做了大量的研究，取得了丰硕的成果。但由于地质条件的复杂性，如何准确的模拟煤层开采或隧道开挖是解决这类问题的关键点。

目前，针对地质力学模型试验，已开展了大量的研究工作，研制了一系列模拟试验装置，研究现状如下：

(1)一种超大型岩土工程三维模型试验系统，包括超大型模型试验装置、分别与大型模型试验装置相连的液压加载系统和应变位移测试系统。然而其应力无法实现三维加载，且十字开挖方式有局限性。

(2)另一种平面应力试验装置及加载系统，其试验装置是净空为150cm×140cm封闭平面刚性加力架，加载系统由压力盒，气压泵、管路、压力表组成，试验时由气泵控制压力逐级加载或卸载。该系统为平面加载，无法实现三维加载。

(3)再一种带滑动墙的自平衡式真三轴加载模型试验台架，但该装置操作复杂，装置本身也太复杂，不利于开挖试验的观察。

因此，现有的模型试验台架装置系统，存在以下不足之处：

1.上述试验装置均难以实现真三轴加载，即使可以实现真三轴加载，操作也过于复杂，很难实现；

2.上述模型试验装置试验过程中操作复杂，即使可以实现十字开挖，开挖方式也存在局限性，且操作不够方便。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术无法很好地实现三轴加载并能方便地进行十字开挖的技术问题，提供一种三轴模型试验装置及试验方法。

本发明提供一种三轴模型试验装置，包括：用于向模型加载载荷的模型加载反力装置，所述模型加载反力装置包括分别设置在顶部、底部、前方、后方、左侧和右侧的可拆卸连接的梁结构，每一梁结构设置有一个或多个向模型加载反力装置内部施加载荷且可拆卸的加载装置，在模型与至少一所述梁结构之间设置有开挖窗口装置，所述开挖窗口装置在预设开挖位置设置有开挖窗口或者可拆卸件。

进一步地，所述开挖窗口装置为设置有开挖窗口的第一开挖窗口装置、以及设置有可拆卸件的第二开挖窗口装置。

更进一步地，所述第一开挖窗口装置，包括：多个反力梁，多个反力梁组成开挖窗口反力框架，在其中一反力梁上设置有放置所述加载装置的凹槽，在所述开挖窗口反力框架内填充垫块，并在所述开挖窗口反力框架内的预设开挖位置设置开挖窗口。