[發明專利]一種可持續追蹤蓄能型加載裝置

無效

• 申請號: 201310372998.3
• 申請日: 2013-08-24
• 公開（公告）號: CN103439250A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 仇文革;孫克國;許煒萍
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及巖土工程室內試驗加載設備，尤其涉及模擬巖土體巖爆與大變形時所必須的實時持續加壓試驗裝置技術領域。

背景技術

長大隧道為諸多交通工程、水利水電工程不可或缺的組成部分。作為典型的地下工程，初始地應力場的存在直接決定工程的施工與運營狀態。作為研究地下工程施工過程力學的三大手段之一的室內試驗，如何營造真實的初始地應力場、科學的模擬材料配比和保持正確的邊界條件是試驗結果是否可信的關鍵。

對于初始地應力場的建立，普遍采用液壓千斤頂的加壓方式來完成。通過不同數量的千斤頂進行合理的組合，可以獲得必須的初始地應力場，但是在隧道開挖后，由于巖土體的徑向卸載會產生位移。而現在采用的加載系統在模擬隧道開挖卸載過程中普遍存在荷載中斷、不能實時施加的現象導致千斤頂不能實時提供壓力，導致邊界條件失真，從而使擾動后的應力場偏離真實應力場，所以不能真實模擬隧道施工的影響，比如圍巖的穩定性、巖爆、大變形等典型問題。現在采用的加載系統在隧道開挖卸載過程中普遍存在荷載中斷、不能實時施加的現象，該現象直接影響室內試驗地應力場的變異連續性，導致隧道開挖后的二次應力場、支護結構施作后的三次應力場、最終的穩態應力場都將產生失真現象；另一方面，面對特殊的地質情況，如大變形、巖爆、高壓突水等地質災害，現在廣泛采用的加載裝置無法科學模擬，導致試驗結果出現偏差，甚至錯誤，不能合理有效的指導設計與施工，其中的一個主要原因就是加載體系的失真，為了從根本上解決這一難題，必須對加載裝置這一關鍵性構件進行突破。

發明內容

鑒于現有技術的以上不足，本發明的目的是獲得一種可持續追蹤蓄能型加載裝置，以營造真實的初始地應力場、保持正確的邊界條件和再現科學的應力重分布場，并使之具有操作簡單、成本低、實驗準確性性高的優點。

本發明的目的是通過以下的手段實現的：

一種可持續追蹤蓄能型加載裝置，由試驗架和加載系統組成，其特征在于，加載系統包括彈性實時轉化機構200和置于彈性實時轉化機構上部的液壓千斤頂單元100兩個部分；其中，彈性實時轉化機構由上板210，下板220和置于上板與下板之間的彈性蓄能機構230構成；試驗架300包含反力架以及高度可調的四根高強度螺栓；試驗架和加載系統置于高強度有機玻璃防護箱400內。

本發明加載裝置的使用方法，可概括為以下幾步：

（1）根據模擬對象所處的地質環境，大體確定模型所需要的總壓力；

（2）結合彈性實時轉化機構的參數，確定模型所需的加載裝置的總組數以及在模型臺架上的分布；

（3）合理確定各加載構件的位置，及每組伺服控制系統對應的彈性實時轉化機構的個數，并對其位置進行合理確定；

（4）通過伺服控制系統進行加壓，實現初始地應力場的模擬，然后進行開挖、支護等相關的施工，再現應力重分布場，直至試驗結束；

（5）對加載系統進行卸載，回收彈性實時轉化構件，并對其進行必要的校驗、修正和處理，以備下次使用。

在初始地應力的模擬過程中，首先是通過液壓千斤頂施加壓力給彈性轉化機構，由于其另一側的位移受模型架的限制，所以在加壓過程中將孕集彈性能，并將壓力傳遞到模型臺架上。該彈性轉化機構孕集的彈性變形能，在開挖卸載導致位移產生時，可以根據變形量實時發生變形，從而將孕藏的彈性能實時轉化成荷載以追蹤的形式施加到模型架上，從而實現隧道開挖過程對隧道結構及圍巖的真實作用。

與以往的加載裝置相比本發明具有以下優點：

（1）加載裝置的改裝簡單易行，彈性轉化機構加工方便有效，結合擬施加的初始地應力場，選擇與其相匹配的彈性實時加載系統即可；

（2）持續加載效果明顯，避免因為隧道開挖徑向卸載導致的斷載現象，可以有效模擬高地應力條件下的巖爆現象，甚至單軸壓縮條件下的巖石爆裂現象；

（3）試驗加載裝置的成本容易控制，在顯著提高試驗結果科學性的前提下，投入不會大幅度提升，通過與液壓伺服控制系統相連，可以實現荷載的精確施加和實時記錄與反饋。

附圖說明如下：

圖1是本發明實時轉化機構的示意圖。

圖2是本發明單軸加載系統為例來說明該轉化機構的剖視示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明做進一步的說明：