[發明專利]一種巖溶隧道巖盤安全厚度測定模型及方法

有效

• 申請號: 201510575487.0
• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105203703B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 張軍偉;陳云堯;劉奕辰;周一男;黃瑛淇;姚敏;雷光;羅浩;譚陽;曾左兵
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 四川力久律師事務所51221
• 代理人: 熊曉果,林輝輪

1.一種巖溶隧道巖盤安全厚度測定模型，其特征在于，包括：恒壓裝置、測壓裝置、溶腔隱伏洞模型、巖溶體模型、隧道模型；

所述恒壓裝置通過第一導水管連接所述測壓裝置，用于提供恒定的水壓；所述測壓裝置為一容器，且所述測壓裝置通過第二導水管連接所述溶腔隱伏洞模型；

所述溶腔隱伏洞模型位于所述巖溶體模型內，且為可漲縮腔體結構，所述溶腔隱伏洞模型還連接第三導水管，所述第三導水管伸出所述巖溶體模型外部；

所述巖溶體模型為上部開口的透明箱體結構，所述箱體中裝有巖層相似物質，用于模擬巖層，所述箱體內側表面設置有所述隧道模型，用于模擬經過固定的隧道；

所述第一導水管上設有第一閥門，所述第二導水管上設有第二閥門；

所述恒壓裝置為恒壓泵，用于向所述測壓裝置提供恒定的壓力，并向所述測壓裝置注入一定量的水；

所述隧道模型包括隧道壁模型、與所述隧道壁模型匹配的掌子面模型；

所述隧道壁模型為半圓柱形槽體，所述隧道壁模型緊貼并固定于所述巖溶體模型側壁，并與所述巖溶體模型側壁、所述掌子面結合形成所述隧道模型；

所述掌子面模型一端固定有水平拉桿，所述水平拉桿另一端伸出所述巖溶體模型，所述巖溶體模型外表面還有定位所述水平拉桿的定位裝置，拉動所述水平拉桿，模擬隧道開挖。

2.根據權利要求1所述的一種巖溶隧道巖盤安全厚度測定模型，其特征在于，所述測壓裝置為容量瓶。

3.根據權利要求1所述的一種巖溶隧道巖盤安全厚度測定模型，其特征在于，所述巖溶體模型為鋼化玻璃箱體。

4.根據權利要求1所述的一種巖溶隧道巖盤安全厚度測定模型，其特征在于，所述掌子面模型為半圓形有機玻璃。

5.根據權利要求1或2所述的一種巖溶隧道巖盤安全厚度測定模型，其特征在于，所述隧道壁模型與所述掌子面模型的半徑均為50mm。

6.一種巖溶隧道巖盤安全厚度測定方法，采用如權利要求5所述的模型，其特征在于，包括以下步驟：

測定準備步驟：調整所述掌子面模型使其位于所述隧道壁模型最里端，向所述巖溶體模型內分層覆蓋砂層，并將所述溶腔隱伏洞模型置于所述巖溶體模型內，設定所述恒壓裝置的壓力為一預先設定值；

模擬挖掘步驟：通過所述水平拉桿牽引所述掌子面模型從隧道最里端向隧道外端移動一段距離，模擬隧道挖掘過程；

測量步驟：關閉所述第二閥門，打開所述第一閥門，通過所述恒壓裝置向所述測壓裝置注入一定體積的水量；待所述恒壓裝置中水量穩定后，關閉所述第一閥門，打開所述第二閥門，所述測壓裝置向所述溶腔隱伏洞模型注水；待所述溶腔隱伏洞模型水量穩定后，再打開所述第一閥門；

判斷步驟：判斷所述掌子面模型初始位置處的砂層是否恰好松動且有沙土流入隧道中，若是，則記錄此時所述恒壓裝置的壓力值、當前溶腔隱伏洞模型與隧道壁之間的最短距離、當前溶腔隱伏洞模型與隧道壁之間的位置，若否，則改變所述恒壓裝置的壓力，依次執行所述測量步驟、所述判斷步驟；

后續測量步驟：改變所述溶腔隱伏洞裝置的位置，依次執行所述測量步驟、所述判斷步驟，直到得到足夠多的測量數據，并將所述測量數據制成壓力-安全厚度關系曲線圖。

7.根據權利要求6所述的一種巖溶隧道巖盤安全厚度測定方法，其特征在于，還包括數據處理步驟：引入實際測量的數據，對所述壓力-安全厚度關系曲線圖進行修正，得到符合實際要求的修正圖。