[發明專利]一種地下洞室模擬實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 202010631599.4
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111678753B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 劉暢;張發明;董夢龍;李梓楠;李雨坤
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N33/24;G09B25/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 嚴志平

1.一種地下洞室模擬實驗裝置，其特征在于，包括支撐底架、重力補償機構和一對調節支架；所述調節支架對稱安裝于所述支撐底架上，且能夠相對所述支撐底架移動；所述重力補償機構包括壓板和施力組件，所述壓板設于兩個所述調節支架間，所述施力組件安裝于所述壓板上部且能夠對壓板施加壓力，使實驗裝置內部的實驗模型受力均勻；

所述施力組件包括安裝于所述調節支架頂部的兩個定滑輪、設于兩個定滑輪之間的升降滑輪、繞過定滑輪和升降滑輪的承壓皮帶以及設于承壓皮帶兩端的配重塊，所述升降滑輪通過連接塊與所述壓板相連；

所述調節支架包括主板、垂直固定于主板兩側的側板以及固定于主板底部的滑移架，所述滑移架卡設于所述支撐底架上且能夠相對所述支撐底架移動；

還包括分別固定于所述調節支架兩側的第一擋板和第二擋板；所述第一擋板和第二擋板均由若干單元板依次排列而成；所述調節支架的兩側設有自上而下均勻分布的調節孔，所述第一擋板和所述第二擋板的各單元板分別與調節支架兩側的調節孔一一對應安裝；

采用所述地下洞室模擬實驗裝置進行地下洞室模擬實驗的方法，包括以下步驟：

根據實驗要求制作若干洞室塊體模型，各洞室塊體模型均設有牽引繩；

將調節支架移動到實驗要求的尺寸位置，將第一擋板和第二擋板的單元板對應調節孔依次安裝，使調節支架與支撐底架相對固定；

向兩個調節支架間注入圍巖相似材料，并在設計位置鋪設洞室塊體模型，相鄰塊體的錫箔紙疊加面上均勻涂抹一層凡士林；

繼續向上安裝第一擋板和第二擋板的單元板，并持續注入圍巖相似材料直至達到設計高度；當圍巖相似材料達到設計高度后將頂部處理平整，獲得實驗模型，此時將重力補償機構的壓板居中放置于實驗模型的頂部中央，以承壓皮帶繞過定滑輪和升降滑輪，通過計算得出實驗模型所需的重力補償值，在承壓皮帶兩端連接配重塊，調節頂部升降滑輪以實現滑輪組受力傳導效率的改變，直至調節到實驗模型所需的重力補償值；

待實驗模型達到設計強度后，利用牽引繩將洞室塊體模型按開挖順序依次抽出，模擬地下洞室的真實開挖過程，觀測圍巖的應力及位移變化。

2.根據權利要求1所述的地下洞室模擬實驗裝置，其特征在于，所述主板下部與所述滑移架間連接有傾斜設置的斜撐。

3.根據權利要求1所述的地下洞室模擬實驗裝置，其特征在于，兩個所述主板的頂部對稱設有滑輪桿，所述滑輪桿端部安裝有所述定滑輪。

4.根據權利要求1所述的地下洞室模擬實驗裝置，其特征在于，還包括安裝于所述支撐底架下方的防滑底座，所述防滑底座包括橫梁、與橫梁固接的支腿以及設于支腿底部的防滑墊，所述橫梁固定于所述支撐底架的底部。

5.根據權利要求1所述的地下洞室模擬實驗裝置，其特征在于，洞室塊體模型的制作方法，包括以下步驟：

在塊體的模具內壁貼一層薄膜，注入圍巖相似材料并在材料內留下牽引繩；

壓實，使圍巖相似材料緊密貼合模具；

待圍巖相似材料在模具內定型并達到實驗強度后，脫模取出，即可獲得洞室塊體模型。

6.根據權利要求1所述的地下洞室模擬實驗裝置，其特征在于，洞室塊體模型脫模取出后在原有薄膜層外包裹一層錫箔紙，鋪設洞室塊體模型時，相鄰塊體的錫箔紙疊加面上均勻涂抹一層凡士林。