[發明專利]一種研究爆破動力失穩機理的邊坡模型試驗方法及系統

有效

• 申請號: 201710764501.0
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107543789B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 周傳波;吳廷堯;李韻迪;張一帆;陳友威;蔣楠;周家全;路世偉;范天成;尹濤;何如;張震
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 楊曉燕

1.一種研究露天轉地下開采爆破動力失穩機理的邊坡模型試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)制作試驗模型：合理概括高陡邊坡原型斷層帶和上下盤圍巖的空間相對關系，并考慮模型試驗相似理論及其模型試驗的實際可操作性，得出基本物理量的相似比尺，選取典型研究模型斷面，并制作與高陡邊坡原型區域地質條件相似的小比例尺邊坡試驗模型，考慮現有試驗條件的局限以及試驗研究的目的，將試驗模型簡化為平面應變模型，并最終以試驗試塊的形式制作并進行研究，試驗試塊斷面包括上盤圍巖-斷層-下盤圍巖；

2)加載試驗模型：分為兩個部分：①試驗試塊初始應力狀態加載，通過分析邊坡原型，對試驗模型進行簡化分析，然后根據模型試驗相似理論對試驗試塊初始應力狀態進行計算，并通過調整彈簧的個數及其與試驗試塊的距離來對試驗試塊施加初始應力；②試驗試塊不同爆破振動模擬荷載加載：在初始應力狀態平衡后，通過振動臺運行時與模型加載系統的相對位置變化，間接的對試驗模型施加不同爆破振動模擬荷載，來研究高陡缺陷邊坡在反復加載條件下的邊坡巖體結構面的抗剪強度變化規律；

3)模型試驗測試：通過應力控制式剪切儀，對每組進行過振動臺試驗的試驗試塊進行直剪試驗，獲取邊坡巖體結構面在反復爆破振動作用下抗剪強度的衰減規律。

2.根據權利要求1所述的研究露天轉地下開采爆破動力失穩機理的邊坡模型試驗方法，其特征在于，所述步驟1)試驗試塊的制作具體包括以下幾個工序：

a.根據選取的試驗試塊斷面設計出試驗試塊形狀，并標明上盤圍巖、下盤圍巖以及斷層的具體位置和尺寸；

b.分別以配方量混合各組分得到砂漿狀的上盤圍巖體相似材料、下盤圍巖體相似材料和斷層帶相似材料，放入預先制備好的試驗試塊制作模具中進行養護成型；

c.將制作好的上盤圍巖體相似材料、下盤圍巖體相似材料放入試驗模型框架中的對應位置處，并以砂漿狀的上盤圍巖體相似材料、下盤圍巖體相似材料作為膠結劑，將斷層帶相似材料膠結于上盤圍巖體相似材料、下盤圍巖體相似材料之間，得到符合試驗要求應用于模擬高陡邊坡露天轉地下開采爆破動力失穩機理研究的試驗試塊。

3.根據權利要求1所述的研究露天轉地下開采爆破動力失穩機理的邊坡模型試驗方法，其特征在于，所述步驟2)中試驗試塊初始應力狀態施加的具體流程為：預先通過試驗計算出彈簧的彈性系數，并根據模型試驗相似理論計算出相似轉換后的試驗試塊的初始應力狀態，從而計算出試驗試塊在不同應力狀態下，所對應相同彈模彈簧的施加個數及其與試驗試塊的相對距離；

4.根據權利要求1所述的研究露天轉地下開采爆破動力失穩機理的邊坡模型試驗方法，其特征在于，所述步驟2)中振動臺對試驗試塊不同爆破振動模擬荷載施加包括垂直圍巖應力的加載和水平圍巖應力的加載，具體為：對于水平爆破振動模擬來說，垂直圍巖應力相當于靜載，將計算好長度以及相對位置的垂直圍巖應力加載裝置固定在振動臺上，從而實現對試驗試塊頂部施加不變圍壓；水平圍巖應力加載裝置采用與垂直圍巖應力加載裝置相同的制作工藝固定在振動臺外，通過調節試驗試塊左右兩邊水平圍巖應力加載裝置中的兩組帶彈簧鐵板之間的水平距離，使試驗試塊承受一定的預應力，從而實現對試驗試塊水平圍巖應力的加載，同時在振動臺運行時，水平圍巖應力加載裝置與試驗試塊發生相對位置移動，來模擬試驗試塊受到水平爆破振動荷載。

5.根據權利要求1所述的研究露天轉地下開采爆破動力失穩機理的邊坡模型試驗方法，其特征在于，所述步驟3)中直剪試驗時，每組試驗試塊共有四個，每個試驗試塊設置不同剪切正應力，在進行每個試驗試塊剪切試驗時，正應力保持恒定，逐級施加剪應力，每加一級，堅持30s，直至試驗試塊剪斷，其中每級剪應力的大小，按正應力的2％-5％取值。