[发明专利]隧道危石垮塌室内大型综合模拟试验平台及方法

说明书

本发明公开了一种隧道危石垮塌室内大型综合模拟试验平台及方法，利用单块体危石失稳模拟系统、裂隙岩体多块体失稳模拟系统、复杂隧道环境定量模拟系统和数据采集处理系统，分别模拟单独块体随隧道掌子面开挖的渐进失稳过程、模拟裂隙岩体围岩受隧道开挖影响的失稳过程和模拟隧道昏暗、多尘和潮湿的真实环境；采集不同隧道模拟环境下获取岩体表面结构面信息，对裂隙岩体开挖后的稳定性进行监测。

技术领域

本发明涉及一种隧道危石垮塌室内大型综合模拟试验平台及方法。

背景技术

隧道等地下洞室修建与运营过程中存在较多的灾害问题。隧道施工过程中由于隧道围岩的结构面交切组合形成大量危险块体，施工扰动等作用下这些危险块体往往会发生失稳坠落，造成施工人员伤亡以及机械设备损坏。因此，岩体结构信息获取分析是避免危石垮塌灾害的重要手段。

由于隧道施工期环境具有昏暗、多粉尘以及高湿度的特点，现有地面岩体信息数字采集装备如数码照相机、三维激光扫描仪等尚无法较好应用于地下工程，因此改进开发适用于地下工程的专有数字化采集设备迫在眉睫。

受限于施工期隧道的施工工序，无法开展采集设备对隧道环境特征敏感度研究的现场试验，且现场无法对环境参数进行定量化表征。危石垮塌主要包括单块体失稳以及裂隙岩体多块体失稳两种模式，针对垮塌机理研究及块体失稳过程多元信息实时监测，目前尚无对应的室内模拟试验装置。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种隧道危石垮塌室内大型综合模拟试验平台及方法，本发明能够解决隧道施工现场不易开展现场试验的难题，并实现隧道环境特征参数定量化表征。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道危石垮塌室内大型综合模拟试验平台，包括外壳，所述外壳内设置有单块体危石失稳模拟系统、裂隙岩体多块体失稳模拟系统、复杂隧道环境定量模拟系统和数据采集处理系统，其中：

所述单块体危石失稳模拟系统，包括对称设置的支撑墙，所述支撑墙上设置有滑轨，滑轨之间通过弧形杆连接，所述支撑墙之间设置有拱形支撑，所述拱形支撑上一侧设置有单独块体，所述单独块体上端设置有加压机构，模拟单独块体随隧道掌子面开挖的渐进失稳过程；

所述裂隙岩体多块体失稳模拟系统，包括试验台架，所述试验台架内部容纳有浇模预制岩体，所述浇模预制岩体与试验台架之间设置有多个加压机构，对浇模预制岩体施加不同方向的压力，模拟裂隙岩体围岩受隧道开挖影响的失稳过程；

所述复杂隧道环境定量模拟系统，包括补光灯、粉尘浓度模拟装置和湿度模拟装置，模拟隧道昏暗、多尘和潮湿的真实环境；

所述数据采集处理系统，采集不同隧道模拟环境下获取岩体表面结构面信息，对裂隙岩体开挖后的稳定性进行监测。

进一步的，所述单块体危石失稳模拟系统的拱形支撑两侧设置有滑轨，所述拱形支撑受加压机构的推动沿下方布置的滑轨实现位置移动，从而实现支撑上方的岩块逐渐揭露，实现隧道开挖模拟。

进一步的，所述拱形支撑上设置有水平推动装置，实现模拟开挖装置水平移动。

进一步的，所述单独块体吊装在弧形杆上并可沿杆滑动，从而实现潜在失稳块体在隧道断面位置上的变换。

进一步的，所述浇模预制岩体根据试验需要，利用切割刀具针对岩体进行裂隙切割与各类型岩体生成，如块裂岩体、层状岩体等。

进一步的，所述加压机构包括液压千斤顶和传力板，千斤顶安装在台架与传力板之间，由液压控制系统控制加载力的大小。

进一步的，所述粉尘浓度模拟装置包括粉尘储存单元、喷射单元与强度可调电动机，粉尘储存单元内储有人工粉尘，开启电动机带动风机可实现粉尘喷射，调节电动机强度用以实现不同粉尘浓度的模拟。