[發明專利]一種模擬開挖引起圍巖(土)變形的實驗方法及其實驗裝置

有效

• 申請號: 201110309194.X
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN102507899A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 馬鳳山;徐嘉謨;郭捷;趙海軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種模擬實驗方法，特別涉及一種模擬開挖引起圍巖(土)變形的實驗方法。

背景技術

可以說，已經處在工程狀態的地質體，都曾經歷過開挖階段。開挖就會引起周圍地質體的變形，不同的開挖引起的變形不同。比如說，露天開挖會引起開挖坑外圍的地表下沉，但是現有的模擬方法采用的是水平澆鑄模板固化以后再豎直進行開挖。這種實驗方法得到的結果會出現坑外地表上升的現象，這樣的模擬結果顯然是不符合實際的。由于傳統的彈性理論認為，開挖前的地質體中存在著常駐性的自重體積力的作用，在一個半無限體中全場都出現了負的體應變，即不同深度上的每一個單元都處于被壓縮狀態從而積累了體應變能，因此挖去較上面的任何部分，其較下部分就會產生向上回彈變形。

廣義的水平固化法，還包括常用的小模塊固化法，模塊作為模型體的基本單元，在平置模具內進行固結組成被開挖體。由于模塊高度很小，固結過程中的自重體積力很小，接近于無壓。由于在模型中堆砌高度比每個模塊的高度大得多，因此，將模型架豎立進行開挖時，每個模塊所受的實際壓力都大于它們在各自單獨固結狀態下的壓力，于是，從堆砌體的第二層開始，往下的所有模塊單元都會在開挖前產生壓縮變形，于此同時，堆砌體從豎直到開挖就已經儲存了彈性變形勢能，因此，開挖任意較上部分，下剩部分就會發生回彈變形，每個參照點就會出現豎直向上的位移分量，因此不能正確模擬出開挖引起的位移場。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有的模擬開挖方法中由于鑄模方法存在弊端而使得實驗結果與實際不符的不足，從而提供一種有效的開挖引起位移場的模擬方法及其模擬裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：為解決上述技術問題，一種模擬開挖引起圍巖(土)變形的實驗方法，該方法包括以下步驟：

(1)將實驗裝置安裝完畢后豎直放置在水平臺面上，裝置開口朝上；

(2)把重量比為3∶5∶12的明膠、甘油和水的混合物加熱至熔融狀態，待其溫度下降到快要凝固的一個較低溫度時，倒入實驗裝置內；

(3)待裝置內的液體固化成一個具有光彈性的軟材料模板時，將裝置平放，先將較上面的一塊玻璃板與其下的模板分離，然后按照實驗模型設計的開挖條件，用薄刀片沿開挖線切去模板的被開挖部分，并在較上面玻璃板下表面涂抹甘油后安裝復位，再翻轉裝置用同樣方法分離另一塊玻璃板并涂抹甘油后安裝復位，最后使裝置重新恢復豎直狀態；

(4)模型在自重體積力的作用下會呈現出開挖引起的變形，用描圖法可以對比開挖前、后的不同從而得到開挖引起的圍巖變形。

本發明的一種模擬開挖引起圍巖(土)變形的實驗裝置，包括：兩塊相同的矩形玻璃板，所述兩塊玻璃板之間用相同厚度的三根木板支撐矩形的三個邊。

所述兩塊玻璃板均經過鋼化處理，且邊緣設有螺絲插孔。

所述兩塊玻璃板與木板用固定螺絲旋緊固定。

本發明所產生的有益效果是：本發明一種模擬開挖引起圍巖(土)變形的實驗方法及其實驗裝置，采用了豎直鑄板法進行模型體的制備，克服了以往水平鑄板法的模型材料在物理力學性質上不具有深度上差異并導致不能正確反映實際位移方向和相對大小的不足，本實驗方法不但能夠準確反映地質體固化時壓力隨深度的變化規律，而且能夠較好的保持原來圍巖物理力學性狀隨深度變化的規律，如模板中沒有初始應變能，因而開挖不會引起挖坑外地表上升等。

本發明的目的、特征及優點將通過優選的實施例結合附圖加以說明。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明的具體實施方式作進一步說明。

圖1為本發明模擬開挖引起圍巖(土)變形的實驗裝置的一實施例總體結構正視圖；

圖2為本發明模擬開挖引起圍巖(土)變形的實驗裝置的一實施例總體結構側視圖；

附圖標示：

玻璃板1??????????????????固定螺絲2?????????????????????木板3

具體實施方式

參照附圖，將詳細敘述本發明的具體實施方案。

制作一模擬開挖引起圍巖(土)變形的實驗裝置，如圖1和圖2所示；將玻璃板1和木板3通過固定螺絲2安裝成深槽樣式的實驗裝置，木板3夾于兩塊玻璃板1之間，安裝好以后將裝置開口朝上放置于室內一水平臺面上。如果木板3接口處有縫隙，應加塞薄木楔封堵。另外，最好在兩玻璃板外側沿固定螺絲2分布方向加裝與內撐木板寬度相當的外壓木條，以降低固定螺絲2處的應力集中程度。