[發明專利]一種地下工程圍巖危石垮塌模擬用平臺、模擬系統及方法

有效

• 申請號: 202010191258.X
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111188622B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 李利平;周申;李術才;劉洪亮;胡杰;石少帥;周宗青;秦承帥;范宏運;楊光宇
• 申請（專利權）人: 山東大學（齊河）新材料與智能裝備研究院;山東大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D11/00;E21D15/44;E21F17/18;E02D33/00;G09B25/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 陳曉敏

1.一種地下工程圍巖危石垮塌模擬試驗方法，利用一種地下工程圍巖危石垮塌模擬系統，其特征在于，包括以下步驟：

啟動控制裝置，調控應力加載板同步推進、拱架同步上升，與底座共同拼接形成半封閉空間；

在半封閉空間內預制圍巖模擬塊，將傳感器埋入巖體內部，連接傳感器和控制裝置，開始獲取巖體內部位移與應力狀態信息，預制完成后進行常規養護，等待材料強度達到設計要求；

在設定位置處安設監測設備，啟動全息投影裝置，投影圍巖模擬塊的巖體結構初始狀態；

控制應力加載板對圍巖模擬塊分層施加應力荷載，保持施加壓力穩定，等待圍巖模擬塊多物理場信息再次穩定后，開始下一步操作；

在圍巖模擬塊拱形輪廓線上方鉆孔，將爆破模擬裝置埋入并連接至控制裝置，模擬單次爆破振動，同時沿模擬開挖方向逐次下沉拱架至地下室；

每次拱架下沉前后，監測巖體結構多物理場狀態變化過程，待多物理場狀態平穩后，將下沉的拱架，上升至巖面下方設定距離處，以防巖塊垮落造成人員傷亡和儀器損毀；

開啟下一循環開挖模擬和監測，直至全部開挖完成。

2.一種地下工程圍巖危石垮塌模擬系統，用于權利要求1所述的地下工程圍巖危石垮塌模擬試驗方法，包括地下工程圍巖危石垮塌模擬用平臺，所述地下工程圍巖危石垮塌模擬用平臺，包括四個豎直布置的反力墻，多個反力墻圍合形成方形的反力空間，所述反力墻的下端開口處安裝有底座；

每個反力墻靠近反力空間的一側設置有一列水平布置的應力加載板，所述反力空間的上方設置有反力梁；反力梁、應力加載板與底座圍合形成加載空間，所述加載空間用于放置待測試的圍巖模擬塊；

所述應力加載板能夠沿反力墻的法線方向水平運動，所述反力梁能夠沿豎直方向運動，以此完成圍巖模擬塊的加載；

所述應力加載板與反力梁分別通過直線運動單元驅動以實現運動；其特征在于，還包括模擬系統，

所述模擬系統包括全系投影裝置、控制裝置和圍巖模擬塊，所述圍巖模擬塊中安裝有傳感器，所述傳感器用于將圍巖模擬塊在加載時的信息傳遞給控制裝置，所述控制裝置中預存有圍巖模擬塊的三維模型，所述控制裝置能夠根據傳感器的信息來更改三維模型的變化；

所述全系投影裝置能夠根據控制裝置傳遞的信息，完成三維模型的在空間中的投影。

3.根據權利要求2所述的地下工程圍巖危石垮塌模擬系統，其特征在于，所述反力墻的一側設置有外墻，所述全系投影裝置設置于外墻圍合形成的空間中。

4.根據權利要求2所述的地下工程圍巖危石垮塌模擬系統，其特征在于，所述圍巖模擬塊中設置有爆破模擬裝置，所述爆破模擬裝置能夠通過爆炸完成圍巖模擬塊處炸藥爆破的模擬。

5.根據權利要求2所述的地下工程圍巖危石垮塌模擬系統，其特征在于，每組應力加載板均包括多層水平布置的加載板件，每個加載板件分別通過一個直線運動單元驅動，以實現圍巖模擬塊在水平方向的分層加載。

6.根據權利要求2所述的地下工程圍巖危石垮塌模擬系統，其特征在于，所述底座上設置有開口，所述底座的下部設有地下室，所述地下室中設置有拱架，所述拱架能夠沿豎直方向升降，以實現拱架在地下室與加載空間中的轉移。

7.根據權利要求6所述的地下工程圍巖危石垮塌模擬系統，其特征在于，所述拱架的數量為多個，多個拱架能夠分別沿豎直方向升降，所述拱架與地下室下底面之間設置有豎直布置的升降機構，所述升降機構用于驅動拱架的升降。

8.根據權利要求7所述的地下工程圍巖危石垮塌模擬系統，其特征在于，所述拱架的形狀被設置為：所述拱架的上輪廓形狀與圍巖模擬塊的下輪廓形狀相同，所述拱架用于實現圍巖模擬塊的支撐。

9.根據權利要求2所述的地下工程圍巖危石垮塌模擬系統，其特征在于，所述反力梁的數量為多個，相鄰反力梁之間的距離能夠調節。