[发明专利]一种深地下岩石开挖效应模拟试验装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种深地下岩石开挖效应模拟试验装置及测试方法，其中，所述装置包括：岩石模型、压力控制装置和真空控制装置。压力控制装置包括压力容器和设于压力容器两侧的进水机构和排水机构；进水机构通过管路连接高压水泵；真空控制装置包括设于压力控制装置顶部的真空机线路转接盘和连接真空机线路转接盘的充气气囊；充气气囊竖直设于岩石模型中部，通过真空机线路转接盘连接外部真空机；岩石模型设置于压力容器内部，包含多个竖直堆叠的岩块；其中一岩块中设置有若干应变片，若干应变片与外部应变仪连接，用于在模拟试验过程中提供实时应变信息。利用上述装置进行模拟试验可为深部开采施工设计提供更直接、准确的试验依据。

技术领域

本发明涉及岩土介质开挖效应试验技术领域，特别是涉及一种深地下岩石开挖效应模拟试验装置及测试方法。

背景技术

随着地下空间开发利用的发展，事关国家安全和社会发展的深地下隧道工程不仅要提高其抗静载能力，还需抵御开挖卸载扰动所带来的破坏效应。在实际工程应用中，岩土中开挖卸载效应通常利用经验公式进行评估。然而，目前行业对岩石介质开挖卸载分区的部分重要特性仍缺乏深入理解，这使得当前得到的经验公式或半理论半经验公式在脱离了实验条件后，所得到的预估结果易产生量级上的误差。因此，研究深地下开挖岩石分区破裂化现象对于岩土工程实践有着重要的指导作用。

深地下开挖时，隧道近区的运动规律和卸载波传播规律是研究的热点和难点，现有技术多采用经验公式来预测，考虑岩土介质在宏观水平上具有粘结力、内摩擦和剪胀特性，最主要的是导致其动力行为的非线性，而现有技术对岩土介质的研究主要集中在破坏前的阶段，对破坏后的动力卸载行为研究甚少。由于破坏后的应力－应变状态是揭示岩土介质本质的关键所在，因此，通过现有技术难以为深埋隧道工程建设提供直观而准确的试验依据。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种深地下岩石开挖效应模拟试验装置及测试方法，能够对深地下开挖岩石分区破裂化现象进行仿真模拟，以得到更直接、准确的深地下开挖岩石介质运动规律和变形规律。

第一方面，本发明提供的一种深地下岩石开挖效应模拟试验装置，包括：岩石模型、压力控制装置和真空控制装置；其中，

所述压力控制装置，包括压力容器，以及分别设置于所述压力容器两侧的进水机构和排水机构；所述进水机构通过管路连接高压水泵，用于在模拟深地下高静水压力环境时，提供不同的静水压力；

所述真空控制装置，包括设置于所述压力控制装置顶部的真空机线路转接盘，和连接所述真空机线路转接盘的充气气囊；所述充气气囊竖直设置于所述岩石模型的中部，并通过所述真空机线路转接盘连接外部真空机，用于模拟开挖卸载过程；

所述岩石模型设置于所述压力容器的内部，包含多个竖直堆叠的岩块；其中，一岩块中设置有若干应变片，若干所述应变片与外部应变仪连接，用于在模拟试验过程中提供实时应变信息。

可选的，所述装置还包括：设置于所述压力控制装置底部的支承装置，所述支承装置包括橡胶垫块和位于橡胶垫块下方的三脚钢支架。

可选的，所述岩石模型中，各所述岩块之间填充有石膏，且各所述岩块间的接缝处填充有密封填料。

可选的，所述岩石模型中，一岩块顶部沿径向均匀设置有多条浅槽，若干所述应变片均匀设置于所述浅槽中。

可选的，所述进水机构包括加水孔、进水阀门和水压力计；所述排水机构则包括排水孔和排水阀门。

可选的，所述装置还包括：应变片线路转接盘，所述应变片线路转接盘设置于所述压力容器的侧壁，一端连接若干所述应变片，另一端连接所述外部应变仪。

可选的，所述压力容器的底部中心处设置有一凸台，所述岩石模型嵌装于所述凸台中。