[发明专利]温度‑渗流‑应力三场耦合相似试验方法

摘要

本发明公开了一种温度‑渗流‑应力三场耦合相似试验方法，包括步骤试验模型设计；相似常数设计；应变、温度监测示意图和水管位置示意图设计；相似配比试验；试验材料的准备；相似模型的制作，具体包括配料；模型的制作；埋设应变片、加热板、水管、温度传感器；养护；拆模；绘斑；监测等；最后进行模型的开挖将温度和水量调至设计参数，利用手工凿钻，开挖隧道。在THM三场耦合作用过程中能系统的获得隧道周围岩土体应变、位移的演化规律，实现了温度‑渗流‑应力三场耦合、在材料中制造温度源和渗流源、对岩土体温度的长期监测、对渗流量和热源温度的控制、对耦合时间和顺序的可控。

主权项

一种温度‑渗流‑应力三场耦合相似试验方法，其特征在于，包括步骤：A、试验模型设计：根据试验的要求确定试验模型的几何尺寸和边界条件；B、相似常数设计：根据实验要求和实验台尺寸限制确定几何相似比αL；运动相似表现在时间、速度和加速度上，其相似常数为根据经验和实验要求确定容重相似比αγ；根据模型和原型对应点具有相同应力平衡微分方程得ασ＝αt＝αL·αγ，弹性模量和泊松比的相似比为1；C、应变、温度监测示意图和水管位置示意图设计：采用应变片自动收集应变数据的方案，确定应变片在模型中的位置；采用加热板改变温度，确定加热板和温度传感器的位置；采用倾斜的水管进行水的渗流控制，确定水管在模型中的位置；D、相似配比试验：选择合理相似配比是本次相似模拟试验的关键，不同种类的相似材料，其力学性能不同，通过配比试验，为相似模拟试验提供合适的配比参数；E、试验材料的准备：按照步骤D的配比参数准备相应的相似材料；应变片的制作和防潮处理；F、相似模型的制作：F1、配料：将步骤E准备的试验材料移至干净的空地上加水搅拌均匀；F2、模型的制作：在试验平台上料过程中，堆砌模型的同时安放好模板，塑造试验模型，人工堆砌模型过程中，注意压实配比料，并保证薄厚度均匀；F3、埋设应变片、加热板、水管、温度传感器：在制作模型时将制作好的应变片、加热板、水管、温度传感器埋入模型中，埋入的位置应根据设计示意图确定；F4、养护：将试验模型在干燥通风的条件下进行养护一周，使模型充分干燥，最后聚合为一个整体，实验台架根据实验具体情况在养护完成后施加不同上覆压力；F5、拆模：试验模型经过养护龄期后，将挡板按照由上往下、隔一拆一的顺序，依次拆下，操作过程中先松动模具两侧螺栓，使模型内部矿体先接触空气，达到透风效果，从而起到缩短模具拆卸时间，拆模过程中注意保护模型，避免损坏模型边帮；F6、绘斑：拆模完成后，绘制散斑，散斑由人工用毛笔蘸黑墨水进行点制，绘点需杂乱无章，并保证绘点呈圆形，绘点结束后，在模型上标注水平高程；F7、监测：模型正前方摆放非接触全场应变测量仪器，监测模型位移；开启应变仪记录应变；开启温度记录仪记录岩土体温度变化；G、模型的开挖：将温度和水量调至设计参数，利用手工凿钻，开挖隧道。