[发明专利]喷射混凝土与岩石的动态粘结试验模型及安全爆破点确定方法

权利要求书

1.一种喷射混凝土与岩石的动态粘结试验模型，其特征在于，包括：

底座(1)，其上活动穿插压杆(2)；

炸药包(3)，其布置在压杆(2)的一端；

岩石梁(4)，其同轴布置在压杆(2)的另一端，并悬吊在吊架(5)上，且其远离压杆(2)的端面上喷射混凝土(6)；

多个加速度计(7)，部分设置在岩石梁(4)上，一个设置在混凝土(6)的自由界面上。

2.根据权利要求1所述的一种喷射混凝土与岩石的动态粘结试验模型，其特征在于：所述岩石梁(4)上所设置的加速度计(7)的数量为三个，且三个加速度计(7)等间距分布。

3.根据权利要求1或2所述的一种喷射混凝土与岩石的动态粘结试验模型，其特征在于：所述岩石梁(4)的材质为花岗岩，其长度为2.5m，截面尺寸为0.3m×0.3m；所述压杆(2)的长度为1m，直径为100mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种喷射混凝土与岩石的动态粘结试验模型，其特征在于：所述炸药包(3)的药量为20g～500g，所述压杆(2)受炸药包(3)爆炸冲击波作用朝岩石梁(4)入射的速度为0～10m/s。

5.一种安全爆破点确定方法，其特征在于，采用如权利要求1～4任一项所述喷射混凝土与岩石的动态粘结试验模型：

S100、基于动态粘结试验模型开展岩石-喷射混凝土动态粘结测试，以探寻不同因素下岩石-喷射混凝土的界面粘结应力；

S200、基于弹性应力波理论和材料弹塑性损伤理论建立描述岩石-喷射混凝土以及粘结界面的动态损伤及演化过程的动态损伤模型，以及建立岩石-喷射混凝土试验梁的三维有限元模型，并将动态损伤模型嵌入三维有限元模型中，通过对岩石-喷射混凝土动态粘结测试实验的数值模拟，与测试结果进行对比验证，得到适用的动态损伤模型及参数；

S300、基于所得到的动态损伤模型，分析不同工况下隧道实际爆破开挖中喷射混凝土的爆破振动响应及损伤程度，以确定爆破开挖时的安全爆破点和药量。

6.根据权利要求5所述的一种喷射混凝土与岩石的动态粘结试验方法，其特征在于：

因素包含：炸药量、炸药爆炸点位置、所喷射混凝土的种类、厚度和龄期。

7.根据权利要求5所述的一种安全爆破点确定方法，其特征在于：

动态粘结试验模型具体操作如下：

确定所喷射混凝土的种类、厚度和龄期；

引爆炸药包，炸药爆炸所产生的冲击波促使压杆冲击向岩石梁，并在岩石梁中传递应力波，应力波对岩石梁端部所喷射的混凝土产生扰动荷载；

通过调整炸药包的爆炸点和/或药量，以探寻冲击速度与岩石-喷射混凝土所能承受的最大质点振动速度之间的关系；

通过各个加速度计所测得信号的加速度峰值衰减规律分析，获得应力波在岩石-喷射混凝土中的传播、衰减过程。

8.根据权利要求7所述的一种安全爆破点确定方法，其特征在于：加速度计用以获取不同工况下的加速度时程和加速度频谱；三维有限元模型获得模拟的加速度时程和加速度频谱。

9.根据权利要求5所述的一种安全爆破点确定方法，其特征在于：三维有限元模型采用ABAQUS有限元软件进行建模。

10.根据权利要求5所述的一种安全爆破点确定方法，其特征在于：模型中各单元的参数包含：大小和计算时间步长、沙漏、阻尼系数。