[發(fā)明專利]三維梯度非均勻加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910020538.8
• 申請日: 2009-04-17
• 公開（公告）號: CN101539491A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張強(qiáng)勇;李術(shù)才;賈超;劉健;陳旭光;張寧;劉德軍
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 王吉勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模型試驗(yàn)裝置，尤其是一種在水電、交通、能源、資源和國防工程領(lǐng)域的深部地下工程地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)使用的三維梯度非均勻加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

在水電、交通、能源、資源領(lǐng)域的深部地下工程中，隨著埋藏深度的增加，深部洞室?guī)r體在高地應(yīng)力條件下，洞室圍巖的結(jié)構(gòu)、力學(xué)特性和工程響應(yīng)出現(xiàn)了分區(qū)破裂、大變形、沖擊破壞等一系列新的特征科學(xué)現(xiàn)象，這些特征科學(xué)現(xiàn)象與淺埋洞室工程響應(yīng)相比顯著不同，因而深部巖體工程問題引起了國際上巖石力學(xué)與工程領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的極大關(guān)注，成為近幾年該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。針對深部洞室工程巖體復(fù)雜的力學(xué)變形特性，一方面要借助理論研究，另一方面，更多地要借助模型試驗(yàn)手段進(jìn)行研究。

模型試驗(yàn)中首先要考慮的問題是模型的加載應(yīng)力。地下巖體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力主要由自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力組成，垂直向自重應(yīng)力按照σ_v＝γh形式分布，水平向構(gòu)造應(yīng)力基本按照σ_h＝kγh形式分布，式中γ為巖體容重，h為巖體埋深，k為巖體側(cè)壓系數(shù)。可見，隨著洞室埋藏深度的增加和模擬范圍的擴(kuò)大，模型洞周承受的地應(yīng)力不再是均勻分布，而是呈現(xiàn)隨深度變化的梯度非均勻分布。因此，為真實(shí)反映深部地下洞室工程的非均勻加載狀況，有必要在已有模型試驗(yàn)系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，研制能夠進(jìn)行三維梯度非均勻加載的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)裝置，以便通過三維梯度非均勻加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)更真實(shí)地揭示深部地下洞室圍巖的非線性變形特征和破壞機(jī)理，進(jìn)而更合理地評價(jià)地下洞室圍巖的穩(wěn)定性和采取有效的加固措施，這對指導(dǎo)深部地下工程的設(shè)計(jì)和施工并保證其安全具有十分重要的意義。

目前國內(nèi)相關(guān)模型試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀如下：

(1)《武漢水力電力大學(xué)學(xué)報(bào)》1992年第5期介紹了一種平面應(yīng)力試驗(yàn)裝置及加載系統(tǒng)，其試驗(yàn)裝置是凈空為150cm×140cm封閉平面剛性加力架，加載系統(tǒng)由壓力盒，氣壓泵、管路、壓力表組成，試驗(yàn)時(shí)由氣泵控制壓力逐級加載或卸載。該系統(tǒng)為平面均勻加載，無法實(shí)施三維梯度非均勻加載。

(2)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2004年第3期介紹了一種巖土工程多功能模擬實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置主體加載支承結(jié)構(gòu)是由上、下蓋板、三角形分配塊和3套互相垂直正交的拉桿系統(tǒng)組成。試驗(yàn)時(shí)模型平放在上、下蓋板之間，在模型相對兩邊分別施加均勻分布的垂直和水平地應(yīng)力，該系統(tǒng)模型尺寸較小，無法進(jìn)行模型三維梯度非均勻加載。

(3)《水利學(xué)報(bào)》2002第5期介紹了一種離散化三維多主應(yīng)力面加載試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)裝置主要由垂直立柱、封閉式鋼結(jié)構(gòu)環(huán)梁、支撐鋼架組成，加載系統(tǒng)主要由高壓氣囊、反推力板、限位千斤頂加荷器和空氣壓縮機(jī)組成。其試驗(yàn)架尺寸較大，并實(shí)現(xiàn)了按主應(yīng)力方向進(jìn)行加載。但該試驗(yàn)架只能進(jìn)行均勻加載，無法實(shí)施模型三維梯度非均勻加載。

(4)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2004年第21期介紹了一種平面應(yīng)變巷道模型試驗(yàn)臺，模型尺寸為1m×1m×0.2m，立式布置，該試驗(yàn)臺只能進(jìn)行均勻加載，無法進(jìn)行模型三維梯度非均勻加載。

(5)《地下空間》2004第4期介紹了一種公路隧道結(jié)構(gòu)與圍巖綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于“先加載、后挖洞”的原理，采用液壓千斤頂在模型試件外部加載以模擬上覆巖土層自重應(yīng)力，用內(nèi)置千斤頂及位移計(jì)模擬開挖體應(yīng)力響應(yīng)及位移變化。該系統(tǒng)只能進(jìn)行均勻加載，無法進(jìn)行模型三維梯度非均勻加載。

(6)《土木工程學(xué)報(bào)》2005年第12期，以及申請?zhí)枮?00510045291.7的中國專利介紹了一種新型巖土地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有尺寸可調(diào)、規(guī)模大、組裝靈活的優(yōu)點(diǎn)，但該系統(tǒng)只能進(jìn)行準(zhǔn)三維加載，無法進(jìn)行模型梯度非均勻三維加載。

(7)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2008年第1期介紹了一種伺服控制高溫高壓巖體三軸試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)可進(jìn)行高溫高壓條件下的巖石假三軸試驗(yàn)，試樣尺寸為φ200mm×400mm。該試驗(yàn)機(jī)主要用于測試高溫加載條件下巖石的物理力學(xué)特性變化，只能進(jìn)行均勻加載，無法進(jìn)行模型三維梯度非均勻加載。

(8)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2005年第16期介紹了一種三軸軟巖非線性力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能進(jìn)行三軸拉壓、拉剪等多種組合試驗(yàn)和對不同加卸載過程進(jìn)行模擬，系統(tǒng)最大壓力450kN，最大拉力75kN，試件最大尺寸為150mm×150mm×150mm。該系統(tǒng)只能測試多種均勻分布應(yīng)力組合狀態(tài)下模型試件的物理力學(xué)參數(shù)，無法進(jìn)行地下洞室模型三維梯度非均勻加載。