[發明專利]模擬三維加載條件下爆破開挖卸荷的試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201711185344.4
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107807051B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 宮鳳強;司雪峰;李夕兵;羅勇;王少峰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 周躍仁

1.一種模擬三維加載條件下爆破開挖卸荷的試驗裝置的試驗方法，其特征在于，

包括模擬三維加載條件下爆破開挖卸荷的試驗裝置，實驗裝置的三維模型包括反力架（1），承壓板（2），液壓千斤頂（3），連接螺栓（5），連接板（15），螺孔（16），螺母（19），三維模型中每個加載面由多塊承壓板（2）組成，每塊承壓板（2）之間通過連接板（15）連接，連接板（15）上設有螺孔（16），連接螺栓（5）穿過螺孔（16）與螺母（19）連接，相鄰的兩塊承壓板（2）由連接螺栓（5）、螺母（19）和連接板（15）相連，三維模型上左右前后五個加載面上均設有液壓千斤頂（3），液壓千斤頂（3）在每一面等間距設置三排，每排等間距設有三個液壓千斤頂（3），承壓板（2）上均勻分布九個液壓千斤頂（3），每排液壓千斤頂（3）上方有反力架（1），液壓千斤頂（3）的底座與反力架（1）連接，液壓千斤頂（3）通過液壓千斤頂控制線路（7）與液壓千斤頂控制開關（6）相連，液壓千斤頂（3）通過液壓管路（9）與液壓泵站（8）相連，液壓泵站（8）與電腦（10）相連，前后兩個加載面中心位置的承壓板（2）內設有孔洞（14），相似材料試樣（17）內部設有多處爆破孔（4），爆破孔（4）通過爆破引線（12）與爆破控制開關（11）相連，相似材料試樣（17）內部埋設應變片（13），應變片（13）通過導線與應變儀（18）相連，應變儀（18）與電腦（10）相連；

按照以下步驟進行：

步驟一、相似材料試樣（17）的加工：將三維模型的前后左右四個面的承壓板固定好，在中間試驗室內進行相似材料試樣（17）的澆筑，從三維模型的上側進行澆筑相似材料試樣（17），根據巷道斷面形狀布置爆破孔（4）和埋設應變片（13），在澆筑試樣的過程中，根據不同巷道斷面形狀中的爆破孔（4）的不同位置，做好標記，以便在相應的位置埋設炸藥；

步驟二、固定相似材料試樣（17）：正方體相似材料試樣（17）放在一種模擬三維加載條件下爆破開挖卸荷的試驗裝置中通過液壓千斤頂加卸載系統給垂直方向施加0-1kN的力，然后在水平方向加載，力的大小與垂直方向的力相等，前后兩個加載面雖然開設有孔洞（14），但是每個加載面的承壓板（2）已經形成了一個整體，在液壓千斤頂（3）的加載過程中使相似材料試樣（17）前后兩側受力均勻，在電腦軟件的控制下保證X、Y、Z三個方向施加的力大小相同，垂直方向為Z方向，水平方向為X方向和Y方向；

步驟三、三維加載：相似材料試樣（17）固定在一種模擬三維加載條件下爆破開挖卸荷的試驗裝置之后，同時保持X、Y、Z三個方向加載速率相同，利用液壓千斤頂（3）將垂直方向和水平方向的應力加載至設定深度處的三維應力水平，用以模擬不同深度的應力環境；

步驟四、模擬爆破開挖卸荷：三維模型的上左右前后五個加載面上均有液壓千斤頂（3），液壓千斤頂（3）在每一面設置三排，每排液壓千斤頂（3）上方有反力架（1），通過電腦（10）控制液壓泵站（8）內高壓油的量，高壓油由液壓管路（9）注入到液壓千斤頂（3）內部，推動液壓千斤頂（3）的活塞運動，液壓千斤頂（3）作用于承壓板（2）上，前后兩個加載面中心位置的承壓板（2）內設有孔洞（14），孔洞（14）用于爆破后的碎屑清理，以及安裝用來觀測洞壁圍巖的破壞過程監控攝像頭，根據不同巷道斷面形狀爆破開挖的布置方式來埋設適量的炸藥，從而形成相應的爆破孔（4），連接好爆破引線（12），通過爆破控制開關（11）進行控制爆破；

步驟五、爆破數據處理與分析：引爆炸藥后，通過應變儀（18）采集爆破過程中巷道圍巖的應力應變數據，數據通過電腦（10）進行處理；

步驟六、安裝監控攝像頭：完成爆破開挖后，在巷道軸線方向安裝監控攝像頭實時監控巷道洞壁圍巖的破壞過程，繼續增加垂直應力，通過攝像機及聲發射系統實時監控洞壁的破壞過程。

2.根據權利要求1所述的模擬三維加載條件下爆破開挖卸荷的試驗裝置的試驗方法，其特征在于，所述反力架（1），承壓板（2），連接板（15），液壓千斤頂（3），連接螺栓（5），螺母（19），液壓千斤頂控制開關（6），液壓千斤頂控制線路（7），液壓泵站（8），液壓管路（9）組成液壓千斤頂加卸載系統。

3.根據權利要求1所述的模擬三維加載條件下爆破開挖卸荷的試驗裝置的試驗方法，其特征在于，所述三維模型的每一個加載面由9塊承壓板（2）通過連接螺栓（5）、螺母（19）及連接板（15）進行連接組裝形成。