[发明专利]地压与水压联合加载斜井井壁受力模拟试验系统与方法

摘要

本发明公开了一种地压与水压联合加载斜井井壁受力模拟试验系统与方法，系统包括高压试验台、压力加载系统、冻结系统和数据采集系统；高压试验台包括承压筒、上端盖和底座；压力加载系统中，四个互相垂直的液压囊施加双向不等地压，上封口板的加压孔向加压腔内注水施加轴向荷载，下封口板的加压孔向土体内注水施加孔隙水压；冻结系统中，模型井壁作为冻结液循环通道，通过进液管、出液管与外部冷源连接用于冻结及解冻；数据采集系统中，传感器粘贴于井壁内、外壁及埋设于土体内部，能实时获取应变、温度和应力信息。本系统可实现富水地层中各施工阶段不均匀地压与孔隙水压共同作用对斜井冻结井壁的影响模拟，为井壁的研究设计提供支持和试验指导。

主权项

1.一种地压与水压联合加载斜井井壁受力模拟试验系统，包括高压试验台、压力加载系统及数据采集系统，高压试验台包括承压筒(1)、上端盖(2)和底座(3)，上端盖(2)通过螺母(33)、螺杆(34)和垫片(32)固定在承压筒(1)的上端，底座(3)通过螺母(33)、螺杆(34)和垫片(32)固定在承压筒(1)的下端，其特征在于，模型井壁(17)设在承压筒(1)内，模型井壁(17)的上端和下端分别通过变径环(18)与圆形接头(19)相连，上端的圆形接头(19)连接出液管(30)，下端的圆形接头(19)连接进液管(29)；高压试验台还包括上封口板(6)和下封口板(7)，上端盖(2)和底座(3)的内壁孔径均小于承压筒(1)的内壁孔径，且上端盖(2)内壁下端以及底座(3)的内壁上端均具有台阶面，上端盖(2)的内壁台阶面上固定有上拉紧法兰(8)，底座(3)的内壁台阶面上固定有下拉紧法兰(9)，上封口板(6)紧贴在上端盖的下端并通过上拉紧螺杆(10)与上拉紧法兰(8)相连，下封口板(7)紧贴在底座(3)的上端并通过下拉紧螺杆(11)与下拉紧法兰(9)相连，上封口板(6)和下封口板(7)的中间位置均开设有与圆形接头(19)外径相当的内孔，并与圆形接头(19)的连接位置通过密封圈密封，上端盖(2)、上封口板(6)、承压筒(1)、下封口板(7)和底座(3)之间的连接接触位置之间均通过密封圈密封；压力加载系统包括液压源、加压管路、水泵、液压囊(16)、加压钢板(14)和反力钢板(15)，加压钢板(14)、液压囊(16)和反力钢板(15)组成水平加压装置，所述水平加压装置具有四组分别沿着X方向和Y方向两两对称设置，反力钢板(15)与承压筒内壁(1)之间浇注有混凝土垫层(21)，反力钢板(15)的底端浇筑于混凝土内固定，加压钢板(14)和反力钢板(15)的两端且相对的一侧均设有肋板(4)，反力钢板(15)通过肋板(4)悬挂在加压钢板(14)上，液压囊(16)被设在反力钢板(15)和加压钢板(14)之间，液压囊(16)通过加压管路与外部液压源相连，承压筒(1)侧壁上开设有容许加压管路通过的加压孔(25)；下封口板(7)的上部铺设有一层薄的碎石层或者砂层，碎石层或砂层上面为土体(20)，土体(20)的上部铺设有粘土密封层(22)，粘土密封层(22)的上端均匀涂有黄油密封层(23)，上封口板(6)与黄油密封层(23)之间的空腔构成轴向加压腔(5)，并通过上封口板(6)上开设的轴向加压孔(27)向轴向加压腔(5)内注水；下封口板(7)上开设有水压加压孔(28)，水泵通过水压加压孔(28)向碎石层或者砂层内加载孔隙水压；所述数据采集系统包括传感器组、数据采集仪和计算机，传感器组被布置在模型井壁(17)和土体(20)中，传感器组中的各个传感器的导线与数据采集仪相连，数据采集仪与计算机相连。