[發明專利]地質力學模型試驗隱埋洞室的定位與成型方法

有效

• 申請號: 201110287254.2
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102444410A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 張強勇;李術才;向文;段抗;劉健;賈超;蔡兵;曹冠華;許孝濱
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E21D13/02
• 分類號: E21D13/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種地質力學模型試驗隱埋洞室的定位與成型方法，主要涉及一種在能源、資源和國防工程領域的深部地下工程地質力學模型試驗中隱埋洞室的定位與成型方法。

背景技術

近年來，我國經濟發展越來越迅速，對基礎設施建設的要求不斷提高。隨著國民經濟的不斷發展，一大批水電、交通、能源、國防等領域的大型地下工程陸續開工建設。地下工程因其隱蔽性和復雜性一方面需要借助理論研究，另一方面需要借助模型試驗進行研究。地質力學模型試驗在基本滿足相似原理的條件下可以真實再現施工過程和運營過程中原型洞室所處力學環境的連續變化。模型試驗可以有效研究地下工程結構的穩定性，優化設計施工和運營方案并對數值仿真模擬結果進行驗證，對于大型復雜地下工程具有重要意義。針對一些水電和能源工程中隱埋的地下洞室，如何實現隱埋洞室的定位和成型是這些大型地下工程模型試驗能否成功的關鍵。

目前，國內外對地下工程模型試驗隱埋洞室的成型方法的研究現狀如下：

(1)《武漢水利水電大學學報》1994年第1期介紹了一種用預制塊砌筑洞室的方法。該法用預制塊按洞室的形狀和尺寸雕成芯塊砌入預定的部位，試驗時取出芯塊形成洞室。此法不足之處在于洞腔內壁容易形成接縫，預制塊之間物理力學參數不連續，對試驗結果影響較大。

(2)《巖土力學》2009年第12期介紹了一種鹽巖儲氣庫的模型試驗方法，該法在模具內澆筑原材料，最后將表面修平成型，用來模擬洞腔的水平截面。該方法只能用來模擬洞室的部分截面，無法研究整個洞室在運營過程中的受力和變形情況。

(3)申請號為02129366.x的中國專利公開了一種實體模型試驗中隱蔽洞室開挖的方法及專用設備，采用三級逐級傳遞的定位方法，將絕對坐標系下的絕對定位系統轉變為相對定位系統，并設計了專用的開挖設備。該法進行隱蔽洞室開挖要在前一級開挖洞室的基礎上進行定位，且無法進行變截面洞室的開挖。

(4)申請號為201110067678.8的發明專利提出一種地下工程試驗模型隱埋洞室的成腔裝置，但該專利沒有介紹模型隱埋洞腔的定位與成型方法。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種模型試驗隱埋洞室精確定位、快速成型的地質力學模型試驗隱埋洞室的定位與成型方法。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種地質力學模型試驗隱埋洞室的定位與成型方法，包括以下步驟：

1)、制作洞腔木模：根據模型隱埋洞室尺寸，采用優質實木制作與洞腔形狀一致的洞腔木模；

2)、定位洞腔：在洞腔木模頂部中間固定一根定位鋼桿，定位鋼桿上攻有精密螺紋，通過定位螺栓將定位鋼桿與模型架上設置的鋼制橫梁連接，通過平移橫梁和旋轉定位螺栓上下移動定位鋼桿，實現洞腔的精確定位；

3)、制作壓板：根據洞腔木模的空間尺寸，制作高強壓板，高強壓板中間留有圓形孔洞，孔洞外側設置至少一個鋼制套環，鋼制套環是高強壓板切割而成的同心圓環，模型材料壓實過程中，通過分層拆卸和加裝鋼制套環始終保證洞室木模同一層面壓板圓形孔洞的內直徑與洞腔木模的外截面尺寸相匹配；

4)、分層壓料：將攪拌均勻的模型材料沿洞腔木模由下往上分層攤鋪，然后采用帶有鋼制套環的高強壓板分層壓實模型材料，直至模型材料填埋壓實到洞腔木模頂部；在模型材料分層壓實過程中，需要根據洞腔木模的外截面尺寸分層拆卸或加裝鋼制套環；

5)、拔模成腔：模型壓實成型后，通過扳手旋轉定位螺栓，帶動定位鋼桿向上移動，從而將固定在定位鋼桿上的洞腔木模拔出，最后形成模型隱埋洞腔。

所述鋼制套環的數量根據洞腔木模的空間形狀確定。等截面的洞腔木模(如圓柱體)，只需一個鋼制套環；對變截面的洞腔木模(如橢球體)，需根據木模空間尺寸設置多個同心、不同直徑的能夠拆卸鋼制套環，多個鋼制套環之間通過內孔銷釘連接，通過拆裝不同直徑的鋼制套環能夠改變壓板中間圓形孔洞的直徑。

本發明采用制作與洞腔形狀一致的洞腔木模，在洞腔木模頂部中間固定一根攻有精密螺紋的定位鋼桿，采用定位螺栓將定位鋼桿與模型架上的鋼制橫梁連接。通過平移鋼制橫梁和旋轉定位螺栓可實現隱埋洞腔的精確定位。使用帶有不同直徑鋼制套環的高強壓板分層壓實模型材料，通過旋轉定位螺栓上移定位鋼桿，將木模拔出形成模型隱埋洞腔。

本發明具有如下有益效果：

(1)通過平移鋼制橫梁及上移和下移定位鋼桿，實現模型隱埋洞腔的精確定位。