[發明專利]模擬開挖卸荷誘發緩傾層狀巖體隧道底鼓的試驗方法

在審

• 申請號: 202011374456.6
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112362458A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 黃達;鐘助;彭建兵;宮鳳強;岑奪豐;宋宜祥
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/06;G01N3/08;G01N1/28
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發明為一種模擬開挖卸荷誘發緩傾層狀巖體隧道底鼓的試驗方法，該方法基于獲取的隧道圍巖地質模型，將與現場緩傾層狀圍巖各巖層性質相同的原巖或相似模型材料按照隧道底部圍巖的地質特征獲得構建試驗模型；在試驗模型各層的層間處，分別粘貼與巖層方向一致和與巖層方向垂直的應變片，監測巖層間的層間錯動以及層間張開量，在模型的頂部均勻貼上與巖層方向一致的應變片，監測模型頂部各部位的變形；通過對試驗模型施加豎向卸荷來模擬隧道開挖的卸荷，采用對試驗模型施加水平荷載來模擬圍巖的地應力，獲取隧道底鼓的宏觀模式以及力學及變形特征。

技術領域

本發明涉及巖石力學及隧道工程領域，具體涉及模擬開挖卸荷誘發緩傾層狀巖體隧道底鼓的試驗方法。

背景技術

隨著我國川藏鐵路等國家重大戰略項目的推進，山區建設中涌現了一大批隧道工程，當隧道開挖穿越高應力環境的軟弱緩傾層狀圍巖時，常會發生一種典型的地質災害—隧道底鼓，對建設期間的施工安全和服役期間的行車安全造成了嚴重威脅。由于隧道底鼓是一個十分復雜的力學過程，與隧道圍巖性質、開挖卸荷量及地應力等因素密切相關，因此，對開挖卸荷誘發緩傾層狀巖體隧道底鼓開展研究是十分必要的。

目前，針對隧道底鼓方面的研究多采用地質調查、現場監測分析以及數值模擬的手段(如鐘祖良,劉新榮,王道良,等.桃樹埡隧道底鼓發生機理與防治技術研究[J].巖土工程學報,2012,34(03):471-47；王進博,黃滾,唐建新,等.水平層狀頁巖隧道底鼓機理及處治技術[J].安全與環境學報,2017,102(06):2246-2251)，定性地研究隧道底鼓的發生機理及其主要影響因素，并得出了隧道發生底鼓的理論模型。

因此，為了掌握開挖卸荷誘發緩傾層狀巖體隧道底鼓的破壞響應，需要提出一種可以模擬開挖卸荷誘發緩傾層狀巖體隧道底鼓的試驗方法，對隧道底鼓破壞的啟動機理及控制性指標的具體影響進行深入研究。

發明內容

本發明的目的是提出一種模擬開挖卸荷誘發緩傾層狀巖體隧道底鼓的試驗方法，基于前人的隧道底鼓理論模型，依托研究基地給出對應的隧道圍巖地質模型，通過不同巖性和幾何尺寸的層狀原巖(也可以為模型材料)來模擬隧道底部圍巖，獲得試驗模型，通過對試驗模型的豎向卸荷來模擬隧道開挖的卸荷，采用對模型試件施加水平荷載來模擬圍巖的地應力，獲取隧道底鼓的宏觀模式以及力學、變形特征。

本發明的技術方案是：一種模擬開挖卸荷誘發緩傾層狀巖體隧道底鼓的試驗方法，其特征在于，

該方法基于獲取的隧道圍巖地質模型，將與現場緩傾層狀圍巖各巖層性質相同的原巖或相似模型材料按照隧道底部圍巖的地質特征構建試驗模型；

在試驗模型各層的層間處，分別粘貼與巖層方向一致和與巖層方向垂直的應變片，監測巖層間的層間錯動以及層間張開量，在模型的頂部均勻貼上與巖層方向一致的應變片，監測模型頂部各部位的變形；

通過對試驗模型施加豎向卸荷來模擬隧道開挖的卸荷，采用對試驗模型施加水平荷載來模擬圍巖的地應力，獲取隧道底鼓的宏觀模式以及力學及變形特征。

具體過程是：

(1)以依托工程為研究基地，調查隧道底部圍巖的地質特征，獲取隧道圍巖地質模型，并現場獲取緩傾層狀圍巖各巖層的樣本，制備出符合試驗標準的圓柱形巖層試樣，通過室內試驗(如單軸、三軸壓縮試驗)獲取不同巖層試樣的強度、模量參數及破壞形態；

(2)以步驟(1)中的強度、模量參數及破壞形態作為參考標準，配置各巖層的相似模型，并記錄各巖層相似材料的配比；

(3)根據步驟(1)中隧道圍巖地質模型，采用步驟(2)中的相似材料，分層澆筑模擬緩傾層狀圍巖體隧道底部圍巖的長方體試驗模型；