[發(fā)明專利]用于高地應(yīng)力-高滲壓下隧道突水模型試驗(yàn)系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610144469.1
• 申請(qǐng)日: 2016-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN105738216B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊為民;楊昕;王康;李利平;王浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明涉及一種用于高地應(yīng)力?高滲壓下隧道突水模型試驗(yàn)系統(tǒng)及其方法，試驗(yàn)系統(tǒng)包括用以模擬隧道模型開挖的主箱體，主箱體為整體式結(jié)構(gòu)，放置在底座上，底座的兩對(duì)側(cè)固定在兩滑軌上，兩個(gè)滑軌之間設(shè)有呈型結(jié)構(gòu)的反力架，反力架兩支腳的底端以可拆卸的方式固定在滑軌上；反力架的頂梁與加載系統(tǒng)的頂端固定連接；主箱體內(nèi)部設(shè)有信息監(jiān)測(cè)元件，加載系統(tǒng)和信息監(jiān)測(cè)元件均與監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)連接；監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)控制加載系統(tǒng)對(duì)主箱體中的模型材料施加地壓和滲壓。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高地應(yīng)力?高滲壓?工程開挖擾動(dòng)耦合條件下對(duì)隧道突水的研究，更加符合工程實(shí)際，同時(shí)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)操作的全自動(dòng)化控制，大大方便了實(shí)驗(yàn)操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于高地應(yīng)力-高滲壓下隧道突水模型試驗(yàn)系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

近年來，我國(guó)興建大批水利水電工程、鐵路公路交通工程等重大基礎(chǔ)工程，極大的促進(jìn)了隧洞工程的建設(shè)。隨著水利水電和交通工程建設(shè)重心向地形地質(zhì)條件極端復(fù)雜的西部山區(qū)和巖溶地區(qū)轉(zhuǎn)移，20余個(gè)世界級(jí)的大型水利水電工程和上萬(wàn)公里的交通隧道工程正在或即將投入建設(shè)，將出現(xiàn)一批具有“大埋深、高應(yīng)力、強(qiáng)巖溶、高水壓、構(gòu)造復(fù)雜、災(zāi)害頻發(fā)”等顯著特點(diǎn)的深部隧洞工程。復(fù)雜的隧洞賦存環(huán)境導(dǎo)致其施工過程中往往遭遇突水重大地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重影響工程建設(shè)安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，突水災(zāi)害是目前此類隧洞工程施工面臨的主要地質(zhì)災(zāi)害之一，其發(fā)生頻率和造成的人員傷亡均居于前列。

因此，在高地應(yīng)力與高滲壓聯(lián)合作用下建設(shè)深部隧洞，其開挖與運(yùn)行期的安全性問題已成為亟待解決的世界性巖體力學(xué)難題，直接決定著工程建設(shè)成敗。開展水力強(qiáng)耦合條件下的突涌水研究，對(duì)于減少和控制重大突水災(zāi)害發(fā)生、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全與保護(hù)生態(tài)環(huán)境，具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

在以往突水試驗(yàn)系統(tǒng)中，很少有將高地應(yīng)力-高滲壓-工程開挖擾動(dòng)三種影響耦合研究，無(wú)法對(duì)其耦合作用下隧道突水進(jìn)行合理的分析和解釋，缺乏準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置，存在以下缺點(diǎn)：

1、目前的試驗(yàn)裝置，主箱體多為組裝式結(jié)構(gòu)，需要通過螺栓等連接部件將主箱體和加壓系統(tǒng)等進(jìn)行連接。對(duì)于這種組裝式結(jié)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高地應(yīng)力-高滲壓模擬的試驗(yàn)要求。

2、反力架的剛度較低，整體性能不佳，而且加載系統(tǒng)與反力架通過連接件連接，連接關(guān)系復(fù)雜，不利于均勻布置多個(gè)液壓千斤頂，既無(wú)法實(shí)現(xiàn)高地應(yīng)力的模擬，又難以避免加載不均勻的情況。

3、試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，試驗(yàn)裝置的組裝和拆卸過程繁瑣，每次試驗(yàn)需要?jiǎng)佑眯械醢惭b千斤頂及反力架，試驗(yàn)不便。

4、在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，不同用途的隧道會(huì)設(shè)計(jì)不同的斷面形狀，而且不同的斷面形狀會(huì)使圍巖產(chǎn)生不同的應(yīng)力場(chǎng)。但是目前的試驗(yàn)裝置在模擬隧道開挖時(shí)，對(duì)洞口的形狀均簡(jiǎn)化為特定形狀，同一試驗(yàn)裝置不能針對(duì)不同斷面形狀的隧道進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，造成資源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于高地應(yīng)力-高滲壓下隧道突水模型試驗(yàn)系統(tǒng)及其方法。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

用于高地應(yīng)力-高滲壓下隧道突水模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括用以模擬隧道模型開挖的主箱體，所述主箱體為整體式結(jié)構(gòu)，放置在底座上，所述底座的兩對(duì)側(cè)固定在兩滑軌上，兩個(gè)所述滑軌之間設(shè)有呈型結(jié)構(gòu)的反力架，所述反力架兩支腳的底端以可拆卸的方式固定在所述滑軌上；所述反力架的頂梁與加載系統(tǒng)的頂端固定連接；

所述主箱體內(nèi)部設(shè)有信息監(jiān)測(cè)元件，所述加載系統(tǒng)和所述信息監(jiān)測(cè)元件均與監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)連接；所述監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)控制所述加載系統(tǒng)對(duì)所述主箱體中的模型材料施加地壓和滲壓。

主箱體為整體式結(jié)構(gòu)，提高了整個(gè)裝置的剛度，可以真正的實(shí)現(xiàn)高地應(yīng)力-高滲壓的模擬，另一方面避免了零散的連接部件，使試驗(yàn)更快捷方便，也避免了零件的丟失。