[发明专利]一种大型地质力学模型的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型地质力学模型的制作方法，具体是采用预制标准模块砌筑成型的方法。

背景技术

随着交通基础建设的快速发展和地下资源开发的大力发展，地下结构在水电、交通、资源、能源领域得到广泛应用，同时地下洞室工程的施工安全也受到越来越多关注和重视。随着地下工程埋深的加大和工程规模的提高，拟建地下工程区域岩体的工程地质条件和水文地质条件也日益复杂，为有效评价大型地下工程施工开挖围岩稳定性，需要依靠模型实验进行地下洞室围岩稳定性的分析与评价，以有效揭示深埋洞室围岩的力学特征与变形破坏规律。

由于模型体积巨大，目前国内外通常分层制作，即采用分层浇铸法或夯实器夯实法对其进行制作。传统方法导致出现一系列缺点：用分层浇铸法制作模型时，相似材料被密封于模型架内，内部的胶结剂难以挥发，使得浇筑的材料层上表面已达强度指标，而其内部却潮湿、软弱，相邻两层材料分层，影响模型整体的力学参数，最终使模型体不符合设计要求；而夯实法难以保证各个不同部位受力均匀相等，因此严重影响模型体的均匀性和参数的真实性。除此之外，分层法制作模型时，模型底层在已达到强度标准的情况下，其上覆材料压实过程中仍然受到超压作用而进一步压缩，导致材料参数增大、元件埋设位置出现偏差，影响了模型测量数据的准确性。因此，亟需开发一种针对大型地质力学模型的制作工艺及与之相适应的测量元件埋设方法。

目前国内相关大型三维模型制作方法的研究现状如下：

（1）《四川大学学报》2001年第3期介绍了一种拱坝模型制作方法。该方法采用钢模浇筑成型，胶结剂难以挥发，无法保证模型整体结构的均匀性和力学性能上的一致性。

（2）《水力发电学报》2004年第1期介绍了一种水电站硐室模型制作方法。该方法采用浇筑成型，胶结剂难以挥发，无法保证模型整体结构的均匀性和力学性能上的一致性。

（3）《岩石力学与工程学报》2006年第9期介绍了一种分叉隧道模型制作方法，该方法采用人工夯实成型，无法保证模型整体结构的均匀性和力学性能上的一致性。

（4）申请号为200810056625.4的中国专利介绍了一种击实功复合作用函数逆向控制原理的模型制作方法。该方法采用击实器夯实，且材料置于模型体内，胶结剂难以挥发，导致分层现象产生，无法保证模型体的均匀性和力学性能上的一致性。

（5）申请号为201010503227.X的中国专利介绍了一种分层压实风干的模型制作方法。该方法采用大面积的分层压制模型，导致尺寸效应；且材料置于模型体内，胶结剂难以挥发，导致分层现象，无法保证模型体的均匀性和力学性能上的一致性；埋设在下面的测量元件，在继续压制过程中导致发生偏移，使设计的测量部位失真，影响了模型测量数据的准确性。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构均匀且力学参数符合设计要求、施工操作简便的一种地质力学模型制作方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种大型地质力学模型的制作方法，其特征在于：步骤为：

第一步、压制预制标准模块：

1）将称重的模型材料敷设在模具内，预制模块材料重量为                                                ，其中：γ为模型体设计容重， 分别为预制标准模块与模型体宽度；分别为预制标准模块与模型体长度；分别为预制标准模块与模型体高度；n为预制标准模块的个数； 

2）在设计位置放置成孔杆并按设计压力压制模块成型；

3）将压制完的预制模块养护至设计强度；

4）取出成孔杆，安装测量元件；

第二步、将压制成型的预制标准模块分别编号并制作由标准模块拼装成模型的设计图纸；

第三步、按照设计图纸依次采用粘结剂将预制标准模块砌筑成型；

第四步、将测量元件上的测量线引出模型体，并与测量设备相连。

所述预制标准模块的重量不大于20Kg。

所述压实模型的施力源采用三轴压缩仪，所述压实力与相似材料试件力学参数测试压制力保持一致，保证了预制模块的强度与设计强度相同。为保证模型体力学参数（如弹性模量、抗压强度、抗拉强度、泊松比等）达到设计值，即与模型材料实验室力学参数测试值相等，预制模块压制时的压实应力与实验室内压制标准试件时的压实应力相等，故预制模块压制力为预制模块横截面积（式中为实验室标准材料试件压制应力）。

所述压制模具为刚性板构成的钢制箱体。