[發明專利]隧道危石垮塌室內大型綜合模擬試驗平臺及方法

有效

• 申請號: 201711350400.5
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108254205B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 李術才;胡杰;李利平;劉洪亮;石少帥;孫尚渠;范宏運;崔蘭玉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01M7/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種隧道危石垮塌室內大型綜合模擬試驗平臺及方法，利用單塊體危石失穩模擬系統、裂隙巖體多塊體失穩模擬系統、復雜隧道環境定量模擬系統和數據采集處理系統，分別模擬單獨塊體隨隧道掌子面開挖的漸進失穩過程、模擬裂隙巖體圍巖受隧道開挖影響的失穩過程和模擬隧道昏暗、多塵和潮濕的真實環境；采集不同隧道模擬環境下獲取巖體表面結構面信息，對裂隙巖體開挖后的穩定性進行監測。

技術領域

本發明涉及一種隧道危石垮塌室內大型綜合模擬試驗平臺及方法。

背景技術

隧道等地下洞室修建與運營過程中存在較多的災害問題。隧道施工過程中由于隧道圍巖的結構面交切組合形成大量危險塊體，施工擾動等作用下這些危險塊體往往會發生失穩墜落，造成施工人員傷亡以及機械設備損壞。因此，巖體結構信息獲取分析是避免危石垮塌災害的重要手段。

由于隧道施工期環境具有昏暗、多粉塵以及高濕度的特點，現有地面巖體信息數字采集裝備如數碼照相機、三維激光掃描儀等尚無法較好應用于地下工程，因此改進開發適用于地下工程的專有數字化采集設備迫在眉睫。

受限于施工期隧道的施工工序，無法開展采集設備對隧道環境特征敏感度研究的現場試驗，且現場無法對環境參數進行定量化表征。危石垮塌主要包括單塊體失穩以及裂隙巖體多塊體失穩兩種模式，針對垮塌機理研究及塊體失穩過程多元信息實時監測，目前尚無對應的室內模擬試驗裝置。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種隧道危石垮塌室內大型綜合模擬試驗平臺及方法，本發明能夠解決隧道施工現場不易開展現場試驗的難題，并實現隧道環境特征參數定量化表征。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種隧道危石垮塌室內大型綜合模擬試驗平臺，包括外殼，所述外殼內設置有單塊體危石失穩模擬系統、裂隙巖體多塊體失穩模擬系統、復雜隧道環境定量模擬系統和數據采集處理系統，其中：

所述單塊體危石失穩模擬系統，包括對稱設置的支撐墻，所述支撐墻上設置有滑軌，滑軌之間通過弧形桿連接，所述支撐墻之間設置有拱形支撐，所述拱形支撐上一側設置有單獨塊體，所述單獨塊體上端設置有加壓機構，模擬單獨塊體隨隧道掌子面開挖的漸進失穩過程；

所述裂隙巖體多塊體失穩模擬系統，包括試驗臺架，所述試驗臺架內部容納有澆模預制巖體，所述澆模預制巖體與試驗臺架之間設置有多個加壓機構，對澆模預制巖體施加不同方向的壓力，模擬裂隙巖體圍巖受隧道開挖影響的失穩過程；

所述復雜隧道環境定量模擬系統，包括補光燈、粉塵濃度模擬裝置和濕度模擬裝置，模擬隧道昏暗、多塵和潮濕的真實環境；

所述數據采集處理系統，采集不同隧道模擬環境下獲取巖體表面結構面信息，對裂隙巖體開挖后的穩定性進行監測。

進一步的，所述單塊體危石失穩模擬系統的拱形支撐兩側設置有滑軌，所述拱形支撐受加壓機構的推動沿下方布置的滑軌實現位置移動，從而實現支撐上方的巖塊逐漸揭露，實現隧道開挖模擬。

進一步的，所述拱形支撐上設置有水平推動裝置，實現模擬開挖裝置水平移動。

進一步的，所述單獨塊體吊裝在弧形桿上并可沿桿滑動，從而實現潛在失穩塊體在隧道斷面位置上的變換。

進一步的，所述澆模預制巖體根據試驗需要，利用切割刀具針對巖體進行裂隙切割與各類型巖體生成，如塊裂巖體、層狀巖體等。

進一步的，所述加壓機構包括液壓千斤頂和傳力板，千斤頂安裝在臺架與傳力板之間，由液壓控制系統控制加載力的大小。

進一步的，所述粉塵濃度模擬裝置包括粉塵儲存單元、噴射單元與強度可調電動機，粉塵儲存單元內儲有人工粉塵，開啟電動機帶動風機可實現粉塵噴射，調節電動機強度用以實現不同粉塵濃度的模擬。