[发明专利]地质力学模型试验隐埋洞室的定位与成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地质力学模型试验隐埋洞室的定位与成型方法，主要涉及一种在能源、资源和国防工程领域的深部地下工程地质力学模型试验中隐埋洞室的定位与成型方法。

背景技术

近年来，我国经济发展越来越迅速，对基础设施建设的要求不断提高。随着国民经济的不断发展，一大批水电、交通、能源、国防等领域的大型地下工程陆续开工建设。地下工程因其隐蔽性和复杂性一方面需要借助理论研究，另一方面需要借助模型试验进行研究。地质力学模型试验在基本满足相似原理的条件下可以真实再现施工过程和运营过程中原型洞室所处力学环境的连续变化。模型试验可以有效研究地下工程结构的稳定性，优化设计施工和运营方案并对数值仿真模拟结果进行验证，对于大型复杂地下工程具有重要意义。针对一些水电和能源工程中隐埋的地下洞室，如何实现隐埋洞室的定位和成型是这些大型地下工程模型试验能否成功的关键。

目前，国内外对地下工程模型试验隐埋洞室的成型方法的研究现状如下：

(1)《武汉水利水电大学学报》1994年第1期介绍了一种用预制块砌筑洞室的方法。该法用预制块按洞室的形状和尺寸雕成芯块砌入预定的部位，试验时取出芯块形成洞室。此法不足之处在于洞腔内壁容易形成接缝，预制块之间物理力学参数不连续，对试验结果影响较大。

(2)《岩土力学》2009年第12期介绍了一种盐岩储气库的模型试验方法，该法在模具内浇筑原材料，最后将表面修平成型，用来模拟洞腔的水平截面。该方法只能用来模拟洞室的部分截面，无法研究整个洞室在运营过程中的受力和变形情况。

(3)申请号为02129366.x的中国专利公开了一种实体模型试验中隐蔽洞室开挖的方法及专用设备，采用三级逐级传递的定位方法，将绝对坐标系下的绝对定位系统转变为相对定位系统，并设计了专用的开挖设备。该法进行隐蔽洞室开挖要在前一级开挖洞室的基础上进行定位，且无法进行变截面洞室的开挖。

(4)申请号为201110067678.8的发明专利提出一种地下工程试验模型隐埋洞室的成腔装置，但该专利没有介绍模型隐埋洞腔的定位与成型方法。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种模型试验隐埋洞室精确定位、快速成型的地质力学模型试验隐埋洞室的定位与成型方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种地质力学模型试验隐埋洞室的定位与成型方法，包括以下步骤：

1)、制作洞腔木模：根据模型隐埋洞室尺寸，采用优质实木制作与洞腔形状一致的洞腔木模；

2)、定位洞腔：在洞腔木模顶部中间固定一根定位钢杆，定位钢杆上攻有精密螺纹，通过定位螺栓将定位钢杆与模型架上设置的钢制横梁连接，通过平移横梁和旋转定位螺栓上下移动定位钢杆，实现洞腔的精确定位；

3)、制作压板：根据洞腔木模的空间尺寸，制作高强压板，高强压板中间留有圆形孔洞，孔洞外侧设置至少一个钢制套环，钢制套环是高强压板切割而成的同心圆环，模型材料压实过程中，通过分层拆卸和加装钢制套环始终保证洞室木模同一层面压板圆形孔洞的内直径与洞腔木模的外截面尺寸相匹配；

4)、分层压料：将搅拌均匀的模型材料沿洞腔木模由下往上分层摊铺，然后采用带有钢制套环的高强压板分层压实模型材料，直至模型材料填埋压实到洞腔木模顶部；在模型材料分层压实过程中，需要根据洞腔木模的外截面尺寸分层拆卸或加装钢制套环；

5)、拔模成腔：模型压实成型后，通过扳手旋转定位螺栓，带动定位钢杆向上移动，从而将固定在定位钢杆上的洞腔木模拔出，最后形成模型隐埋洞腔。

所述钢制套环的数量根据洞腔木模的空间形状确定。等截面的洞腔木模(如圆柱体)，只需一个钢制套环；对变截面的洞腔木模(如椭球体)，需根据木模空间尺寸设置多个同心、不同直径的能够拆卸钢制套环，多个钢制套环之间通过内孔销钉连接，通过拆装不同直径的钢制套环能够改变压板中间圆形孔洞的直径。

本发明采用制作与洞腔形状一致的洞腔木模，在洞腔木模顶部中间固定一根攻有精密螺纹的定位钢杆，采用定位螺栓将定位钢杆与模型架上的钢制横梁连接。通过平移钢制横梁和旋转定位螺栓可实现隐埋洞腔的精确定位。使用带有不同直径钢制套环的高强压板分层压实模型材料，通过旋转定位螺栓上移定位钢杆，将木模拔出形成模型隐埋洞腔。

本发明具有如下有益效果：

(1)通过平移钢制横梁及上移和下移定位钢杆，实现模型隐埋洞腔的精确定位。