[发明专利]一种关于相似物理模型的岩层微扰动连续开挖方法

说明书

本发明涉及一种关于相似物理模型的岩层微扰动连续开挖方法，包括模型建立和模拟开挖。本发明的方法通过加入云母粉进一步降低了开挖时对模型整体的扰动以及使其能够应用到连续开挖场合，进一步减小了实验误差，减少模型的制作数量，从而节省实验材料；降低了开挖时对人员的技术要求，开挖方法操作更简单，减少材料的消耗，开挖精度更高，容易实现实验设计尺寸。

技术领域

本发明属于地下岩石施工试验领域，具体涉及一种关于相似物理模型的岩层微扰动连续开挖方法。

背景技术

对于岩土地址方面的科研人员来说，砌筑相似物理模型并在模型内部开挖是经常碰到的问题。目前我国研究人员在进行岩体类相似物理模型实验过程中，其对硐室、巷道以及采空区等的开挖采用的方法主要有两个：

方法一：在整个模型砌筑完成后再利用工具开挖出不需要的部分岩体(采空区、硐室以及巷道空间位置处的岩体)达到开挖目的。此方法对开挖人员力度以精准度掌握要求较高，力度过大或过小都可能使得开挖结果不理想，从而影响实验结果。力度过大可能使得岩体内部扰动较大，容易引起大的裂缝，从而造成实验结果的偏差，甚至会导致整体模型报废不可使用，造成不必要的材料浪费；力度过小则会使得开挖尺寸大小偏差，也会影响实验结果，开挖的方法也容易出现偏差，导致开挖后的硐室尺寸和实验设计出现偏差，从而造成实验结果的偏差，甚至会导致整个模型报废不可使用，造成不必要的材料浪费。

方法二：模型砌筑过程中，在相应空间位置处放置一个较为柔软的盒子并充满细砂，提前占据需要挖采空区、硐室以及巷道所在的空间，等到模型砌筑完成后，再割破盒子漏出细沙，取出盒子达到开挖目的。相比方法一，此方法能够减少开挖时对模型的扰动，但由于盒子的外边面与模型直接接触，在漏完细沙撤出盒子时仍然会对模型内部有一定的扰动。而且需要注意的是，此方法不能实现连续的开挖，如某一岩体相似模型研究中，需要探究明白底下开挖需要距离地表多远才可以保证底下开挖不会引起地表的塌陷，即需要确定安全的隔离层厚度(地表与地下硐室之间的岩层厚度)，此时如果采用方法二，则需要砌筑很多个在不同深度位置开挖的岩体相似模型，这需要大量的材料去砌筑模型，成本高。

以上两种方法开挖精度不高、且容易造成整体模型的扰动破坏影响实验结果。方法一对开挖技术的要求较高，容易导致开挖的硐室尺寸不合实验设计和对模型整体产生扰动，影响实验结果，甚至报废模型，制作的材料成本大。方法二相比方法一减少了开挖技术要求以及开挖时对模型整体的扰动，但仍然有一定的扰动存在影响实验结果，且在对于很多需要连续开挖的场合时，此方法的材料消耗同样较大。

鉴于以上原因，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种关于相似物理模型的岩层微扰动连续开挖方法，本发明的方法降低了开挖时对模型整体的扰动影响，可以实现连续开挖，减少模型的制作数量，节省实验材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种关于相似物理模型的岩层微扰动连续开挖方法，包括模型建立和模拟开挖，所述的模型建立包括如下步骤：

(1)确定模型的大小、形状和模型内盒子的大小和放置位置；

(2)从模型底灌浆至确定好的盒子的底面位置，停止灌浆，将装满细沙的盒子表面粘上云母粉放在盒子的底面位置处，继续灌浆，至灌浆高度为盒子的顶面所在的平面上；

(3)确定第一次开挖的岩体，从模具的两侧向中间继续灌浆，当两侧灌浆靠近第一次开挖的岩体的两侧面时，在第一次开挖的岩体的两侧面分别垂直放置一个薄木板，薄木板的底面与盒子的顶面处于一个平面上；

(4)在两个薄木板的中间以及两侧同时灌浆至第一开挖的岩体的顶面的高度，在两块薄木板中间铺设一层云母粉，抽出两块薄木板，在空隙处填满云母粉；

(5)确定第n次开挖的岩体，重复步骤(3)和(4)，继续灌浆，直至步骤(1)中确定的模型的大小和形状；