[发明专利]一种可持续追踪蓄能型加载装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程室内试验加载设备，尤其涉及模拟岩土体岩爆与大变形时所必须的实时持续加压试验装置技术领域。

背景技术

长大隧道为诸多交通工程、水利水电工程不可或缺的组成部分。作为典型的地下工程，初始地应力场的存在直接决定工程的施工与运营状态。作为研究地下工程施工过程力学的三大手段之一的室内试验，如何营造真实的初始地应力场、科学的模拟材料配比和保持正确的边界条件是试验结果是否可信的关键。

对于初始地应力场的建立，普遍采用液压千斤顶的加压方式来完成。通过不同数量的千斤顶进行合理的组合，可以获得必须的初始地应力场，但是在隧道开挖后，由于岩土体的径向卸载会产生位移。而现在采用的加载系统在模拟隧道开挖卸载过程中普遍存在荷载中断、不能实时施加的现象导致千斤顶不能实时提供压力，导致边界条件失真，从而使扰动后的应力场偏离真实应力场，所以不能真实模拟隧道施工的影响，比如围岩的稳定性、岩爆、大变形等典型问题。现在采用的加载系统在隧道开挖卸载过程中普遍存在荷载中断、不能实时施加的现象，该现象直接影响室内试验地应力场的变异连续性，导致隧道开挖后的二次应力场、支护结构施作后的三次应力场、最终的稳态应力场都将产生失真现象；另一方面，面对特殊的地质情况，如大变形、岩爆、高压突水等地质灾害，现在广泛采用的加载装置无法科学模拟，导致试验结果出现偏差，甚至错误，不能合理有效的指导设计与施工，其中的一个主要原因就是加载体系的失真，为了从根本上解决这一难题，必须对加载装置这一关键性构件进行突破。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是获得一种可持续追踪蓄能型加载装置，以营造真实的初始地应力场、保持正确的边界条件和再现科学的应力重分布场，并使之具有操作简单、成本低、实验准确性性高的优点。

本发明的目的是通过以下的手段实现的：

一种可持续追踪蓄能型加载装置，由试验架和加载系统组成，其特征在于，加载系统包括弹性实时转化机构200和置于弹性实时转化机构上部的液压千斤顶单元100两个部分；其中，弹性实时转化机构由上板210，下板220和置于上板与下板之间的弹性蓄能机构230构成；试验架300包含反力架以及高度可调的四根高强度螺栓；试验架和加载系统置于高强度有机玻璃防护箱400内。

本发明加载装置的使用方法，可概括为以下几步：

（1）根据模拟对象所处的地质环境，大体确定模型所需要的总压力；

（2）结合弹性实时转化机构的参数，确定模型所需的加载装置的总组数以及在模型台架上的分布；

（3）合理确定各加载构件的位置，及每组伺服控制系统对应的弹性实时转化机构的个数，并对其位置进行合理确定；

（4）通过伺服控制系统进行加压，实现初始地应力场的模拟，然后进行开挖、支护等相关的施工，再现应力重分布场，直至试验结束；

（5）对加载系统进行卸载，回收弹性实时转化构件，并对其进行必要的校验、修正和处理，以备下次使用。

在初始地应力的模拟过程中，首先是通过液压千斤顶施加压力给弹性转化机构，由于其另一侧的位移受模型架的限制，所以在加压过程中将孕集弹性能，并将压力传递到模型台架上。该弹性转化机构孕集的弹性变形能，在开挖卸载导致位移产生时，可以根据变形量实时发生变形，从而将孕藏的弹性能实时转化成荷载以追踪的形式施加到模型架上，从而实现隧道开挖过程对隧道结构及围岩的真实作用。

与以往的加载装置相比本发明具有以下优点：

（1）加载装置的改装简单易行，弹性转化机构加工方便有效，结合拟施加的初始地应力场，选择与其相匹配的弹性实时加载系统即可；

（2）持续加载效果明显，避免因为隧道开挖径向卸载导致的断载现象，可以有效模拟高地应力条件下的岩爆现象，甚至单轴压缩条件下的岩石爆裂现象；

（3）试验加载装置的成本容易控制，在显著提高试验结果科学性的前提下，投入不会大幅度提升，通过与液压伺服控制系统相连，可以实现荷载的精确施加和实时记录与反馈。

附图说明如下：

图1是本发明实时转化机构的示意图。

图2是本发明单轴加载系统为例来说明该转化机构的剖视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步的说明：