应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统技术方案

技术编号:20158709 阅读:26 留言:0更新日期:2019-01-19 00:11
本发明专利技术提供了一种新型应力‑渗流‑蠕变作用下地质力学模型试验系统,主要包括钢结构主加载部分、液压加载装置和自动化监测‑反馈分析部分。相比较以往的机械加载能够较长时间加载并不用考虑卸载的可能性,并可以通过液压操纵台远程操控,采用千斤顶来实现侧压力对模型的影响,更加真实的反映工程;同时采用自动化监测设备、无线传输技术、非接触视频测量技术以及智能算法技术,实现了数据和图像的实时采集以及反馈分析。

【技术实现步骤摘要】
应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统
本专利技术涉及地质力学模型试验系统,特别涉及一种应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统。
技术介绍
随着经济的迅速发展,人民生活水平的大幅度提高,隧道工程越来越得到重视,我国正在大规模的进行着隧道工程的建设,但是在过程中遇到了不少的困难与问题,越来越多的隧道不得不穿过或修建在软弱岩层中,岩体性质差,受水流、扰动等影响,极易产生突水、突泥等恶劣的情况,且具有明显的蠕变性。复杂地质条件下,在长期荷载作用下,工程岩体的应力应变状态、变形破坏特征随时间将不断发生变化,具有显著的时效特性,岩石的这种表现出与时间相关的性质被称为蠕变性,是岩体重要的力学特性之一。绝大多数工程岩体处于蠕变变形当中,对工程稳定性将造成很大隐患。由于突水、蠕变变形的演化过程十分复杂,理论分析十分困难,所以地质力学模型是解决这种问题的一个很好的方法,物理模型试验具有直观、真实、形象的特点,将支护结构与围岩的个体性忽略,可以直接测试试验中的围岩变形、应力变化结果,而无需建立复杂的岩土体本构关系,这就巧妙地避开了在数学和物理方面遇到的理论不足。目前国内外在地质力学模型系统方面已取得了很大的进展,但是仍存在很多的不足,如结构较单一,尺寸不可调,利用率不高;加载装置较落后,尤其是在长时间加载的情况下容易出现卸载的情况,且加载的精度不高,试验环境不完全符合工程实际等。
技术实现思路
根据现有技术存在局限的问题,本专利技术提供了一种新型应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统。技术方案:应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统,该系统由主加载部分、液压加载部分和分析部分三部分组成;所述的主加载部分为上方开口的箱式结构,左右均为双层侧板,所述双层侧板间设置有千斤顶,可使靠内侧板向内施加压力;所述箱式结构中穿有钢管,钢管经由截止阀连接水箱;所述钢管在箱式结构内部的部分开有多个朝下的孔;所述液压加载部分包括:试验承力架下方设置的液压加载器;液压加载器作用部连接有垫板;液压加载部分底部设置有传送带,所述主加载部分置于传送带上;分析部分中的检测元件设置在箱式结构内部并埋设在模型材料中;还包括与检测元件依次连接的数据采集箱、无线传输模块和服务器;所述服务器依需求连接移动终端或PC。所述的应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统,其特征在于:所述钢管穿过共四个侧板;所述侧板上钢管孔圆心距板顶边0.05m。所述的应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统,其特征在于:所述主加载部分的内部净空间为1.2m×1m×0.3m。所述的应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统,其特征在于:所述垫板的尺寸为1.2×0.3m。所述的应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统,其特征在于:所述不锈钢水箱左右两侧均设置有截止阀;两个截止阀分别连接钢管两端。所述试验系统的地质力学模型试验方法,其特征在于:该方法适用于应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验;步骤如下:步骤1:按照权利要求1中的方案将试验系统安装好;步骤2:进行现场的勘测,得到隧道围岩及上部覆土的力学参数;步骤3:根据相似原理,确定围岩及上部覆土的相似材料,研制一种新材料相似材料,制成尺寸为50mm×50mm×100mm的方形试件、面积为30cm²小环刀试件与体积为100cm³的大环刀试件;步骤4:将上述步骤3中的试件进行基本力学性能的测试,得到力学参数弹性模量、黏聚力、摩擦角、渗透系数与时间参数进行材料的重新配比,直至符合要求;步骤5:按照要求的力学指标完成配比后,将材料分层摊铺在加载架中,进行隧道模型的制作,同时埋设监测元件;步骤6:打开不锈钢水箱两侧的截止阀,进行水溶液渗流;步骤7:对隧道模型施加竖向压力与侧向压力,通过位移计、压力计、渗压计采集位移数据,然后由自动化采集箱采集,通过无线网络将其发送到服务器中;步骤:8:采用智能反馈分析软件进行参数反分析和数值计算,同时,通过给定钻孔数据建立地质体可视化模型;步骤9:通过外加的摄像机,可以远程实时显示模型加载过程模型的破坏过程,将图像和数据传输到智能反馈软件中进行图像分析。优点及效果:相比现有技术主要有:(1)结构方面,本专利技术的钢结构主框架采用螺栓连接,操作更加方便,对于尺寸的选择以及组合更加灵活,对于试验装置利用最大化;(2)本专利技术是应力-渗流-蠕变作用下的地质力学模型试验系统,需要长时间加载,加载方面选用液压加载装置,相比较以往的机械加载能够较长时间加载并不用考虑卸载的可能性,并可以通过液压操纵台远程操控,采用千斤顶来实现侧压力对模型的影响,更加真实的反映工程;(3)本专利技术采用自动化监测设备、无线传输技术、非接触视频测量技术以及智能算法技术,实现了数据和图像的实时采集以及反馈分析。附图说明:图1为本专利技术的整体结构图;图2为本专利技术的钢结构加载结构图;图3位埋入土体的供水管示意图;图4为本专利技术的自动化监测-反馈分析部分示意图。图中标注:1-1前后板;1-2侧板1;1-3侧板2;1-4底板;1-5千斤顶加载结构;1-6不锈钢水箱;1-7截止阀;1-8钢管;2-1试验承力架;2-2液压加载器;2-3传送带;2-4液压操纵台;2-5垫板;3-1检测元件;3-2数据采集箱;3-3无线传输模块;3-4服务器;3-5移动PC;3-6移动终端;3-7非接触视频测量系统。具体实施方式:根据现有技术存在局限的问题,本专利技术提供了一种新型应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统,主要包括钢结构主加载部分、液压加载装置和自动化监测-反馈分析部分。如图1所示,一种应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统包括钢结构主加载部分1、液压加载装置2和自动化监测-反馈分析部分3。如图2所示,钢结构主加载部分1为由一块底板1-4、两个前后板1-1与四个侧板1-2和1-3螺栓连接而成上端开口的箱式结构。前后两块板尺寸为1.8×1m,每块板上有一个0.3×0.3m的一个洞,洞的底部距离板的底部为0.3m,洞的上部距离板的上部有0.4m,前后两块板每块板上有4排螺栓孔,第一排与第二排,第三排与第四排之间的距离都为0.2m,二三之间为1.3m,每排有六个螺栓口。底板尺寸为1.8×0.4m,底板有4排螺栓孔,分别与4块侧板相连,每排有两个螺栓孔,每排的间距与前后两块板相同。侧板尺寸为0.3×1m,每侧两块板,两块板之间间隔0.2m,两块侧板之间有千斤顶,模拟侧向压力,左右两侧相对称的,左侧的第二块板与右侧的第二块板之间的距离为1.2m,这四块板的前后下三侧各伸出0.1m的翼板,通过螺栓分别与前、后、下三侧的板相连,构成一个整体。模型主框架的净空间为1.2m×1m×0.3m。如图2所示,钢结构主加载部分1还包括不锈钢水箱1-6、截止阀1-7、钢管1-8。不锈钢水箱的尺寸为0.4×0.27×0.2m,不锈钢水箱左右两侧留有进出水口,并有截止阀与供水管相连,供水管为钢管。四个侧板上都预留有一个圆孔的圆心距离板的上侧为0.05m,钢管穿过圆孔埋入一定深度的模型材料中,钢结构主加载部分1通过钢管与不锈钢水箱相连,钢管埋入模型材料中的部分下部有一定数量的孔,使水通过孔渗入模型材料。如图1所示,液压加载装置2包括试验承力架2-1、液压加载器2-2、传送带2-3与液压操本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.应力‑渗流‑蠕变作用下地质力学模型试验系统,其特征在于:该系统由主加载部分(1)、液压加载部分(2)和分析部分(3)三部分组成;所述的主加载部分(1)为上方开口的箱式结构,左右均为双层侧板,所述双层侧板间设置有千斤顶,可使靠内侧板向内施加压力;所述箱式结构中穿有钢管(1‑8),钢管(1‑8)经由截止阀(1‑7)连接水箱(1‑6);所述钢管(1‑8)在箱式结构内部的部分开有多个朝下的孔;所述液压加载部分(2)包括:试验承力架(2‑1)下方设置的液压加载器(2‑2);液压加载器(2‑2)作用部连接有垫板(2‑5);液压加载部分(2)底部设置有传送带,所述主加载部分(1)置于传送带上;分析部分(3)中的检测元件(3‑1)设置在箱式结构内部并埋设在模型材料中;还包括与检测元件(3‑1)依次连接的数据采集箱(3‑2)、无线传输模块(3‑3)和服务器(3‑4);所述服务器(3‑4)依需求连接移动终端(3‑6)或PC(3‑5)。

【技术特征摘要】
1.应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统,其特征在于:该系统由主加载部分(1)、液压加载部分(2)和分析部分(3)三部分组成;所述的主加载部分(1)为上方开口的箱式结构,左右均为双层侧板,所述双层侧板间设置有千斤顶,可使靠内侧板向内施加压力;所述箱式结构中穿有钢管(1-8),钢管(1-8)经由截止阀(1-7)连接水箱(1-6);所述钢管(1-8)在箱式结构内部的部分开有多个朝下的孔;所述液压加载部分(2)包括:试验承力架(2-1)下方设置的液压加载器(2-2);液压加载器(2-2)作用部连接有垫板(2-5);液压加载部分(2)底部设置有传送带,所述主加载部分(1)置于传送带上;分析部分(3)中的检测元件(3-1)设置在箱式结构内部并埋设在模型材料中;还包括与检测元件(3-1)依次连接的数据采集箱(3-2)、无线传输模块(3-3)和服务器(3-4);所述服务器(3-4)依需求连接移动终端(3-6)或PC(3-5)。2.根据权利要求1所述的应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统,其特征在于:所述钢管(1-8)穿过共四个侧板;所述侧板上钢管(1-8)孔圆心距板顶边0.05m。3.根据权利要求1所述的应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统,其特征在于:所述主加载部分(1)的内部净空间为1.2m×1m×0.3m。4.根据权利要求1所述的应力-渗流-蠕变作用下地质力学模型试验系统,其特征在于:所述垫板(2-5)的尺寸为1.2×0.3m。5...

【专利技术属性】
技术研发人员:王军祥蔺雅娴陈四利孟津竹崔宁坤
申请(专利权)人:沈阳工业大学
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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