[发明专利]智能数控超高压真三维非均匀加卸载与稳压模型试验系统

说明书

一种智能数控超高压真三维非均匀加卸载与稳压模型试验系统，包括组合式台架反力装置，超高压真三维非均匀加卸载装置，智能液压加卸载与稳压数控系统、模型位移自动测试系统和高清多探头窥视系统；超高压真三维非均匀加卸载装置设置于组合式台架反力装置内对试验模型进行超高压真三维加卸载，智能液压加卸载与稳压数控系统通过高压油管与所述超高压真三维非均匀加卸载装置连接；通过智能液压加卸载与稳压数控系统的输入指令数字伺服控制所述的超高压真三维非均匀加卸载装置进行超高压真三维梯度非均匀加卸载与稳压控制；模型位移自动测试系统自动采集模型内部任意部位的位移；所述的高清多探头窥视系统实时动态观测洞室开挖变形破坏过程。

技术领域

本发明涉及一种在水电、交通、能源、矿山和国防等深部地下洞室工程领域使用的智能数控超高压真三维非均匀加卸载与稳压模型试验系统。

背景技术

随着全球经济的迅速发展，地球浅部矿物资源逐渐枯竭，资源开发不断走向地球深部，同时人类生存发展需求和对未知世界的探索也不断拓展着地下活动空间。目前中国许多在建和即将新建的地下工程不断进入深部，如，交通隧洞、矿山巷道、水电洞室、油气储库等都逐渐向千米和数千米深度发展。随着地下工程开挖深度的不断增加，深部洞室围岩的地质赋存环境越来越复杂，在高地应力、高渗透压力、高地温和开挖扰动的“三高一扰”条件下，深部洞室出现与浅埋洞室显著不同的非线性变形破坏现象，如：大变形、分区破裂、岩爆、突水突泥、煤与瓦斯突出等灾害事故，常常造成重大人员伤亡与经济损失和恶劣的社会影响。浅部岩体的传统理论、方法和技术已无法解决深部岩体的非线性破坏问题，亟需对深部洞室围岩的非线性变形特征与破坏机理进行深入研究。然而，面对深部洞室复杂的非线性变形破坏现象，传统理论方法难以胜任，数值模拟困难重重，现场原位试验条件受限且费用昂贵，相比之下，地质力学模型试验以其形象、直观、真实的特性成为研究深部洞室非线性变形破坏规律的重要手段。与MTS只能研究小尺寸岩芯试件的力学特性不同，地质力学模型试验是根据相似原理采用缩尺地质模型来研究工程施工与变形破坏过程的一种物理模拟方法。地质力学模型试验能为数值模拟提供补充和验证，可以精细模拟地下洞室开挖非线性变形破坏过程和洞群体系的整体安全度，对于发现新现象、揭示新机理、探索新规律和验证新理论，具有不可替代的重要作用。要开展地下工程模型试验，就必须拥有地质力学模型试验系统，目前有关地质力学模型试验系统的研究现状如下：

(1)《International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences》2007年44期介绍了一种模拟矿山开采的三维模型试验系统，但无法实施真三维非均匀加卸载。

(2)《Tunnelling and Underground Space Technology》2008年23期介绍了一种模拟砂土管棚施工的地质力学模型试验系统，该系统只能实施自重应力加载，无法实现真三维非均匀加卸载。

(3)《International Journal of Engineering Geology》2011年121期介绍了一种PFESA(Physically Finite Elemental Slab Assemblage)模型试验系统，该系统只能进行平面应力均匀加载，无法实现真三维非均匀加卸载。

(4)《International Journal of Rock Mechanics&Mining Sciences》2011年48期介绍了一种准三维地质力学模型试验系统，系统单面最大工作压力为300KN，可模拟平面应变状态，但无法实现真三维非均匀加卸载。

(5)《Tunnelling and Underground Space Technology》2015年第50期介绍了一种平面应力试验装置，装置只能竖向自重加载，无法实现真三维非均匀加卸载。