[发明专利]模拟不同支护力下围岩塑性区发育和流质衬砌结构力学响应的装置及方法

说明书

本发明提供了模拟不同支护力下围岩塑性区发育和流质衬砌结构力学响应的装置及方法，它包括支护力调节器，所述支护力调节器包括两块高强度板，所述高强度板的对角位置通过竖直布置的两根限位锚杆相连，位于顶部的高强度板通过螺盘固定安装在限位锚杆的顶部，位于底层的高强度板上支撑有受力装置，所述受力装置的内部设置有两块对称布置的高强度管片，所述高强度管片和受力装置的内壁之间安装有弹簧阻尼器。本装置通过内部的应力片对内部不同区域的应力进行实时的记录和观察、通过CT扫描对内部的流质填充物和膨胀剂的密实度分布情况去模拟分析不同支护应力下围岩的塑性变形和应力分布情况，使得模拟实验更加的真实、准确。

技术领域

本装置涉及模拟不同支护力下围岩塑性区发育和流质衬砌结构力学响应的装置及方法，主要应用于研究工程隧洞的研究、工程巷道等领域。

背景技术

近年来，随着我国国民经济的快速发展，以高速公路和国道为主体的快速交通网络的建设取得了突飞猛进的进步，山区公路隧洞作为高速公路的一个重要组成部分起着愈发突出的作用。针对实验室研究而言，现有的隧洞模拟装置体积过大，操作极其不方便，并且现有的隧洞模拟装置只针对衬砌支护效果研究分析，并不能分析隧洞支护对于隧洞围岩和对支护结构本身的影响；无法给出在指定支护应力下围岩的塑性区扩展和松动圈发育规律；现有支护技术绝大部分是提高钢拱架刚度来提高支护力，本发明有效在预留变形量中填充流质填充层，利用流质填充层抑制隧洞软岩大变形、消散围岩应力，并在模拟试验过程中确定最佳的流质填充物厚度。

发明内容

本发明的目的在于提供模拟不同支护力下围岩塑性区发育和流质衬砌结构力学响应的装置及方法，针对现有模拟装置不能分析隧洞支护对于隧洞围岩和对支护结构本身的影响；并且无法确定在指定支护应力下围岩的塑性区发育规律、抑制隧洞软岩大变形过程中最佳的流质填充物厚度；自主研发该装置，利用该装置的支护力调节装置可模拟隧洞不同的支护力应力作用，观察内部的膨胀泥浆的密实度和和压力传感器的数值变化来确定不同支护应力作用下围岩的塑性区变形规律和应力分布情况；分析不同围岩应力下流质充填衬砌结构对于应力的均化、减载效果，内部应力分布情况。本装置通过内部的应力片对内部不同区域的应力进行实时的记录和观察、通过CT扫描对内部的流质填充物和膨胀剂的密实度分布情况去模拟分析不同支护应力下围岩的塑性变形和应力分布情况，使得模拟实验更加的真实、准确。而且装置结构简单、成本低、操作方便，可应用于不同支护条件下隧洞受力的研究，具有广泛的工程实践意义和应用前景。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：模拟不同支护力下围岩塑性区发育和流质衬砌结构力学响应的装置，它包括支护力调节器，所述支护力调节器包括两块高强度板，所述高强度板的对角位置通过竖直布置的两根限位锚杆相连，位于顶部的高强度板通过螺盘固定安装在限位锚杆的顶部，位于底层的高强度板上支撑有受力装置，所述受力装置的内部设置有两块对称布置的高强度管片，所述高强度管片和受力装置的内壁之间安装有弹簧阻尼器。

所述高强度板为高强度钢化玻璃或者亚克力板，在高强度板的对角位置加工有用于穿过限位锚杆的通孔。

所述受力装置采用高强度PVC管制作直径为D、高度为H的一端封闭，一端开口的结构；所述受力装置的外形采用立方体或者圆柱体。

实验过程中所述受力装置内部分为两部分，分别是应力蓄积区和流质填充层，两个部分通过橡胶片分隔，所述橡胶片的底端面和应力蓄积区的顶端面设置有压力传感器。

两块所述高强度管片组合之后形成一个完整的直径小于受力装置直径的圆柱筒。

所述受力装置的外表面和底部都包裹有碳纤维布进而形成增强区。