[發明專利]一種平面應力下隧洞群鉆爆法開挖實驗裝置與實驗方法

在審

• 申請號: 202210919455.8
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN115290474A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 夏開文;余裕超;徐穎;姚偉;吳幫標
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313;G01N3/02
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 徐健

本發明公開了一種平面應力下隧洞群鉆爆法開挖實驗裝置與實驗方法，采取雙軸加壓機的X軸向壓頭和Y軸向壓頭對試樣進行擠壓，所述試樣包括：彈性承載板，所述彈性承載板的中央設有通孔；破壞實驗體，所述破壞實驗體包括從外至內依次設置的圍巖模型、待開挖隧洞模型以及金屬爆炸絲；所述圍巖模型的外側壁與所述通孔的內腔壁固定連接；所述金屬爆炸絲的兩端分別與電爆炸設備的正負兩極電連接。本發明可實現二維空間內隧洞群鉆爆法開挖模擬測試的技術效果。

技術領域

本發明涉及地下工程開挖實驗技術領域，更具體地說是涉及一種平面應力下隧洞群鉆爆法開挖實驗裝置與實驗方法。

背景技術

鉆爆法開挖對于隧洞(尤其是深埋隧洞)圍巖造成的擾動以及損傷是不可忽視的。在鉆爆法開挖過程中圍巖易發生圍巖大變形、流變，進而誘發隧洞圍巖結構失穩、坍塌、層裂和巖爆等工程地質災害，嚴重制約了深埋隧洞工程的安全建設和運行。近年來國內外開展了諸多實驗、理論以及數值研究以探究鉆爆法開挖條件下隧洞圍巖的破壞機制，這其中理論和數值模擬方法存在諸多理想化的假設，如計算邊界的設置等。因此主流的研究仍以實驗為主。

目前鉆爆法開挖相關實驗方法的專利多是基于三軸試驗機，如：專利CN108535126A、CN109187237A以及CN109490107A等，或者雙軸試驗機，如專利CN111380760A。借助電爆炸設備是模擬隧洞爆破開挖的主流選擇，如：專利CN109187237A，CN111380760A，CN114280102A，CN111380760A，CN209764622U，CN109490107A等。研究表明將長大隧洞工程的開挖等效為平面應力問題是較為合理的，故借助雙軸實驗機開展物理模型實驗是十分可行的。然而，實驗時的邊界效應往往也十分復雜，且對于目前開展物理模型試實驗時需要建立較大尺寸的物理模型。

因此，如何提供一種可對孔洞窄空間進行測試、二維空間內隧洞群鉆爆法開挖模擬的平面應力下隧洞群鉆爆法開挖實驗裝置與實驗方法是本領域亟需解決的技術問題之一。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種平面應力下隧洞群鉆爆法開挖實驗裝置與實驗方法。目的就是為了解決上述之不足而提供。

為解決上述技術問題，本發明采取了如下技術方案：

一種平面應力下隧洞群鉆爆法開挖實驗裝置，采取雙軸加壓機的X軸向壓頭和Y軸向壓頭對試樣進行擠壓，所述試樣包括：彈性承載板，所述彈性承載板的中央設有通孔；破壞實驗體，所述破壞實驗體包括從外至內依次設置的圍巖模型、待開挖隧洞模型以及金屬爆炸絲；所述圍巖模型的外側壁與所述通孔的內腔壁固定連接；所述金屬爆炸絲的兩端分別與電爆炸設備的正負兩極電連接。

優選地，所述試樣為具有嵌套結構的方形板，包括彈性承載板以及破壞實驗體兩部分；所述圍巖模型與所述待開挖隧洞模型之間設有柔性薄膜，且所述柔性薄膜上設有壓力傳感器并與PC端電連接。

一種隧洞群鉆爆法開挖實驗方法，所述的平面應力下隧洞群鉆爆法開挖實驗裝置實現，包括以下步驟：

S1、在圍巖模型的表面噴一層啞光白漆，之后在白漆處布置散斑圖案；

S2、將實驗裝置放置在雙軸加壓機內，通過雙軸加壓機的X軸向壓頭和Y軸向壓頭對彈性承載板擠壓；并使其達到目標地應力水平并在該應力水平下維持30-40min；

S3、在擠壓過程中壓力傳感器將柔性薄膜的壓力信息繪制數字傳遞至PC端，進行柔性薄膜平面監測；通過數字圖像相關方法(DIC)分析所述高速攝像機拍攝圍巖模型表面的變化情況。

本發明相對于現有技術取得了以下技術效果：