[发明专利]用于高地应力-高渗压下隧道突水模型试验系统及其方法

说明书

本发明涉及一种用于高地应力‑高渗压下隧道突水模型试验系统及其方法，试验系统包括用以模拟隧道模型开挖的主箱体，主箱体为整体式结构，放置在底座上，底座的两对侧固定在两滑轨上，两个滑轨之间设有呈型结构的反力架，反力架两支脚的底端以可拆卸的方式固定在滑轨上；反力架的顶梁与加载系统的顶端固定连接；主箱体内部设有信息监测元件，加载系统和信息监测元件均与监测控制系统连接；监测控制系统控制加载系统对主箱体中的模型材料施加地压和渗压。本发明实现了高地应力‑高渗压‑工程开挖扰动耦合条件下对隧道突水的研究，更加符合工程实际，同时，本发明实现了实现操作的全自动化控制，大大方便了实验操作。

技术领域

本发明涉及一种用于高地应力-高渗压下隧道突水模型试验系统及其方法。

背景技术

近年来，我国兴建大批水利水电工程、铁路公路交通工程等重大基础工程，极大的促进了隧洞工程的建设。随着水利水电和交通工程建设重心向地形地质条件极端复杂的西部山区和岩溶地区转移，20余个世界级的大型水利水电工程和上万公里的交通隧道工程正在或即将投入建设，将出现一批具有“大埋深、高应力、强岩溶、高水压、构造复杂、灾害频发”等显著特点的深部隧洞工程。复杂的隧洞赋存环境导致其施工过程中往往遭遇突水重大地质灾害，严重影响工程建设安全。据统计，突水灾害是目前此类隧洞工程施工面临的主要地质灾害之一，其发生频率和造成的人员伤亡均居于前列。

因此，在高地应力与高渗压联合作用下建设深部隧洞，其开挖与运行期的安全性问题已成为亟待解决的世界性岩体力学难题，直接决定着工程建设成败。开展水力强耦合条件下的突涌水研究，对于减少和控制重大突水灾害发生、保障人民生命财产安全与保护生态环境，具有重要的科学意义和现实意义。

在以往突水试验系统中，很少有将高地应力-高渗压-工程开挖扰动三种影响耦合研究，无法对其耦合作用下隧道突水进行合理的分析和解释，缺乏准确性和实用性。

现有的试验装置，存在以下缺点：

1、目前的试验装置，主箱体多为组装式结构，需要通过螺栓等连接部件将主箱体和加压系统等进行连接。对于这种组装式结构，无法实现高地应力-高渗压模拟的试验要求。

2、反力架的刚度较低，整体性能不佳，而且加载系统与反力架通过连接件连接，连接关系复杂，不利于均匀布置多个液压千斤顶，既无法实现高地应力的模拟，又难以避免加载不均匀的情况。

3、试验装置结构复杂，试验装置的组装和拆卸过程繁琐，每次试验需要动用行吊安装千斤顶及反力架，试验不便。

4、在实际的工程项目中，不同用途的隧道会设计不同的断面形状，而且不同的断面形状会使围岩产生不同的应力场。但是目前的试验装置在模拟隧道开挖时，对洞口的形状均简化为特定形状，同一试验装置不能针对不同断面形状的隧道进行重复试验，造成资源浪费。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于高地应力-高渗压下隧道突水模型试验系统及其方法。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

用于高地应力-高渗压下隧道突水模型试验系统，包括用以模拟隧道模型开挖的主箱体，所述主箱体为整体式结构，放置在底座上，所述底座的两对侧固定在两滑轨上，两个所述滑轨之间设有呈型结构的反力架，所述反力架两支脚的底端以可拆卸的方式固定在所述滑轨上；所述反力架的顶梁与加载系统的顶端固定连接；

所述主箱体内部设有信息监测元件，所述加载系统和所述信息监测元件均与监测控制系统连接；所述监测控制系统控制所述加载系统对所述主箱体中的模型材料施加地压和渗压。

主箱体为整体式结构，提高了整个装置的刚度，可以真正的实现高地应力-高渗压的模拟，另一方面避免了零散的连接部件，使试验更快捷方便，也避免了零件的丢失。