[发明专利]一种考虑平面应变状态下实现复合地层圆形隧道的相似模拟实验系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种考虑平面应变状态下实现复合地层圆形隧道的相似模拟实验系统及使用方法，包括四套相互独立的加载系统、四套可拆卸挡板、两块盖板、支撑架、支撑铰接及第一液压千斤顶，四套可拆卸挡板和两块盖板围合形成一个内部为空腔的长方体；底部的可拆卸挡板位于支撑架上，四套相互独立的加载系统分别位于四套可拆卸挡板外侧，并能够给可拆卸挡板施加压力；底部的可拆卸挡板的一端通过支撑铰接与其对应的加载系统的一端连接，另一端通过第一液压千斤顶与其对应的加载系统的另一端连接。本发明将模型制作及加载装置相结合，可实现不同倾角及不同厚度岩层的浇筑，同时通过调整岩层的凝固时间达到控制岩层层间强度的目的。

技术领域

本发明涉及岩土工程学科相似材料物理模拟实验领域，特别是涉及一种制作复合地层相似模拟的模型实验装置。

背景技术

目前，在相似模拟实验领域，制作复合岩层相似材料物理模型时，普通的实验装置由于本身的局限性，浇筑带有一定倾角的复合岩层难度大、实验结果不甚理想。有关于复合岩层的相似材料模拟实验大多仅考虑水平或垂直倾角工况。因此，为了模拟不同倾角复合地层中隧道失稳破坏过程，本发明提出了将模型制作及加载装置相结合的思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑平面应变状态下实现复合地层圆形隧道的相似模拟实验系统及使用方法，以解决不同倾角及厚度复合岩层制作较困难的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种考虑平面应变状态下实现复合地层圆形隧道的相似模拟实验系统，包括四套相互独立的加载系统、四套可拆卸挡板、两块盖板、支撑架、支撑铰接及第一液压千斤顶，其中：四套可拆卸挡板和两块盖板围合形成一个内部为空腔的长方体，四套可拆卸挡板分别作为该长方体的上下左右四个面，两块盖板分别作为该长方体的前后两面，该长方体内部的空腔中用于浇筑复合地层；底部的可拆卸挡板位于支撑架上，四套相互独立的加载系统分别位于四套可拆卸挡板外侧，并能够给可拆卸挡板施加压力；底部的可拆卸挡板的一端通过支撑铰接与其对应的加载系统的一端连接，另一端通过第一液压千斤顶与其对应的加载系统的另一端连接。

所述的四套相互独立的加载系统中，底部的加载系统固定，左右两侧及上侧的加载系统可移动，每套加载系统包括若干组独立的第二液压千斤顶和后端钢板，第二液压千斤顶通过后端钢板固定并提供反力；所有第二液压千斤顶连接同一个液压伺服机，提供相同的压力；每个第二液压千斤顶处均设置有位移传感器。

所述的四套可拆卸挡板中，每套可拆卸挡板为若干节，分别与其对应的加载系统中的若干第二液压千斤顶一一对应，每套可拆卸挡板的两端分别设置有一个可拆卸小块，可拆卸挡板和可拆卸小块的一面均设置有插槽，通过一块钢板将若干节可拆卸挡板和可拆卸小块连接为一个整体。

所述的四套可拆卸挡板中，上端的可拆卸挡板中的可拆卸小块拆卸后作为出线孔。

所述的盖板为钢板，浇筑时，盖板通过螺栓与可拆卸挡板固定，加载时，盖板与后端钢板固定。

所述的盖板上开设有小窗，该小窗能够打开或关闭。

一种考虑平面应变状态下实现复合地层圆形隧道的相似模拟实验系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)设置设备倾角：将左右侧及上侧的加载系统移开，使用第一液压千斤顶将四套可拆卸挡板组成的模具调整至预设倾角，此时两块盖板通过螺栓与可拆卸挡板连接固定，此时小窗关闭；

(2)复合地层浇筑：根据浇筑深度，对右侧的可拆卸挡板进行安装，同时根据右侧的可拆卸挡板的数量调整钢板，浇筑具有圆形隧道的复合地层，浇筑时将传感器布置在复合地层中，并将上端可拆卸块作为传感器的出线口；