[发明专利]一种气压卸载模拟岩石地下开挖的试验方法

权利要求书

1.一种气压卸载模拟岩石地下开挖的试验方法，其特征在于，该方法是基于下述试验系统实现的：试验系统包括底部平台和用于对试样进行施加内、外部压力的加载系统；所述加载系统共有四个，是X、Y、Z轴方向的三个外部加载系统和一个内部加载卸载系统；Y轴方向为竖直方向，X轴和Z轴为相互垂直的水平方向；其中，

X轴方向外部加载系统包括两块平行的竖直反力墙，其下端固定在底部平台上；在其中一侧反力墙上设置加载液压缸，加载液压缸的活塞水平布置且端部设测力传感器和加载板，在另一侧反力墙上贯设螺旋调节丝杠，螺旋调节丝杠的一端安装丝杠调节手轮，另一端设加载板；两块加载板垂直于水平面且相互平行，用于夹持试样；

Z轴方向外部加载系统包括与X轴方向外部加载系统具有相同部件和相同连接关系；

Y轴方向外部加载系统包括一块水平的反力横板，通过四根立柱固定在底部平台上；在底部平台上设置加载液压缸，加载液压缸的活塞竖直布置且端部设测力传感器和加载板，在反力横板上贯设螺旋调节丝杠，螺旋调节丝杠的一端安装丝杠调节手轮，另一端设加载板；两块加载板均保持水平，用于夹持试样；

内部加载卸载系统包括充气后呈圆柱形的薄膜气囊，薄膜气囊通过输气管连接空压机；所述X、Y或Z轴方向的任意一个螺旋调节丝杠具有中空管状结构，输气管贯穿装在该螺旋调节丝杠中；薄膜气囊未充气时能塞入试样空腔中，充气后即充满试样空腔以施加内部载荷；

各外部加载系统中的测力传感器分别通过信号线接至计算机；

在X轴方向外部加载系统的两块竖直反力墙的上侧之间，设置两根相互平行的拉杆用于固定；在X、Y轴方向的外部加载系统中，均有一块加载板安装了声发射传感器，并分别通过信号线接至计算机；

所述内部加载卸载系统的输气管上设有气压表和调节阀；各加载液压缸、空压机分别通过信号线与各自独立的加载控制系统相连；

所述试验方法包括以下步骤：

（1）试样准备

将岩石体试样加工成正方体，从某个表面开挖使试样的中心呈圆柱形空腔；空腔的尺寸控制为试样尺寸的1/3～1/2；

（2）安装试样

将制好的岩石试样放在Y轴方向外部加载系统中的下侧加载板上，将未充气的薄膜气囊塞入试样的空腔内，输气管穿过中空的螺旋调节丝杠后与空压机相连；调节三个方向的丝杠调节手轮，使各加载板均紧贴试样表面；

（3）加载

通过加载控制系统分别控制三个方向的外部加载系统，分级逐步加载，每级加载量为最终荷载的10%；当外部加载量至预设荷载时，控制空压机对薄膜气囊充气，使得气压表读数维持在预定的荷载值处；然后继续对试样进行三个方向的外部加载，直至预定的荷载值；

在加载过程中，维持外部加载系统使试样在各级荷载系统下稳定60s后，通过安装在X轴和Y轴方向的两个声发射传感器检测各级荷载下的X、Y轴两个方向位移变化，直至所有荷载加载完毕且试样保持稳定，并将检测数据传送至计算机；

（4）卸载

在达到预定的荷载值且试样保持稳定后，维持三个方向的外部荷载不变，释放试样内部薄膜气囊中的气体，使试样空腔的荷载降为零以模拟地下洞室开挖；记录该过程中声发射传感器的数据，观察试样损坏情况，从而完成气压卸载模拟岩石地下开挖的试验；

通过调整模型材料参数与荷载大小，能够模拟浅埋隧道的围岩塌方和深埋隧道高地应力条件下的岩爆。