[發明專利]不同埋深、不同構造應力下跨斷層隧巷道的力學行為特征模擬測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 202010024110.7
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111081110A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 高明忠;王飛;王明耀;楊本高;劉軍軍;劉依婷;陸彤;彭高友
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00;G01N3/08;G01B5/02;G01B5/30
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 郭萍

本發明公開了不同埋深、不同構造應力下跨斷層隧巷道的力學行為特征模擬測試裝置及測試方法。所述模擬測試裝置包括支撐框架、裝載料斗、導軌、滑塊、雙向動力系統和圍壓加載系統，通過為固定料斗和活動料斗內的圍巖材料提供模擬上覆地層壓力和水平構造應力的圍壓加載系統的設計，同時配合雙向動力系統、導軌和滑塊，使活動料斗能夠在水平方向和縱向雙向移動，實現了不同埋深、不同構造應力、斷層復合錯動的復雜工程環境模擬，以及該環境下隧巷道力學行為特征的模擬。本發明能更真實地還原工程實際情況，提高深部髙地應力條件下跨斷層隧巷道力學行為特征的研究的準確性，解決現有物理模型箱不能模擬上覆地層壓力和構造應力對隧巷道的影響的問題。

技術領域

本發明屬于巖土工程與隧道工程領域，涉及一種不同埋深、不同構造應力下跨斷層隧巷道的力學行為特征模擬測試裝置及測試方法。

背景技術

隨著我國經濟的發展，鐵路和城市軌道交通迅速發展，特別是鐵路軌道交通作為國民經濟的大動脈、國家重要基礎設施和大眾化交通工具，在國民經濟社會發展中具有重要的地位。構建現代軌道交通裝備產業創新體系，打造覆蓋干線鐵路、城際鐵路、市域(郊)鐵路、城市軌道交通的全產業鏈布局也是國家戰略性新興產業發展規劃的要點之一。由于我國西部多山地的地理條件，鐵路建設時隧巷道的修筑占據著很大一部分工程量，且西部山區地質條件復雜，往往需要在深部高地應力(大埋深、高構造應力)條件下開挖，越來越多的高難度復雜隧巷道工程出現，因此復雜地質條件下隧巷道工程的研究和發展對鐵路軌道交通發展具有至關重要的地位。此外，據不完全統計，在煤礦開采方面，全國煤礦超千米的深井已有約47座；在地下洞室方面，以我國錦屏地下洞室為例，垂直埋深也達到了2400米以上，可見我國地下資源開發利用也已經邁入深地領域。在深部高地應力條件下開挖，由于高覆存壓力及高構造應力的存在，隧巷道周邊巖體變形一般較大，尤其是強度較低，變形模量大的巖體，易出現隧道塌方，巷道冒頂、底鼓和側脹等現象，在硬脆性巖體地區亦可誘發巖爆等災害。然而，目前人們對深部高地應力條件下隧巷道的變形破壞機理認識還不夠明確，這極大限制了軌道交通事業的發展和深地資源的利用。

不僅如此，隧巷道修建時還會遇到穿越斷層或破碎帶等不良地質體的情況。斷層與破碎帶附近往往圍巖強度低，裂隙發育顯著，透水性強，施工時極易出現拱頂塌方、不均勻沉降、突水突泥等工程事故，給施工帶來重大損失。同時，構造斷裂帶往往是地震活動帶，地震等地質構造運動會引起這類斷層活動，對在建或已建成隧道帶來重大破壞，造成嚴重的生命財產損失。因此，深入研究隧道在大埋深、高構造應力、斷層破碎帶復合環境中的變形破壞特征，對指導隧道工程實踐有著重要的意義。

對隧巷道力學行為特征的研究方法主要有現場原位測試、數值模擬、物理模型試驗，其中最有效的方法是現場原位監測，即通過預先埋在隧道襯砌或內壁的應力應變及位移監測元件，獲得最真實最原始的監測數據。這種方法雖然能準確反映現場實際情況，但由于場地空間限制，監測周期較長，監測費用較高，往往只選擇局部斷面進行監測，所得結果是不連續的。數值模擬即根據實際現場測量的地質條件參數，運用計算機進行建模，從而分析結構體的力學行為特征，但為了方便計算機建模與計算，在操作時常對實際問題進行簡化，使得所建立模型并不能真實反映現場情況。物理模型試驗即按照一定的物理、幾何相似關系建立與隧道原型結構整體或局部相對應的模型結構，通過物理模型可對原結構力學特征全過程進行觀察探索，物理模型一般幾何尺寸較小，在室內便可完成相關測試，加之物理模型的費用適中，試驗不再受現場場地限制，操作方便，結果直觀，故其在各類工程科學研究中占有重要的地位。