新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统技术方案

一种新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统，该系统包括一体化钢结构框架、液压加载装置、动力加载装置、压力水箱和总控制电脑；本实用新型专利技术可以以不同的相似材料为基础，模拟实际工程开挖过程中和开挖完毕后的岩体情况，对其破裂和突水情况进行分析，主要具有以下优点：1、本系统采用一体化设计，方便试验。2、更加真实的模拟出实际开挖过程的情况。3、避免单向输水的不均匀性，保证材料完全饱和。4、可以避免相似材料与外结构的摩擦产生的影响。5、便于观察开挖时围岩受动力的破裂突水情况。整个仪器结构稳定，强度较高，操作简单，能够十分精准的模拟出实际工程的情况。

【技术实现步骤摘要】
新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统
本技术涉及一种试验系统，特别涉及一种新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统。
技术介绍
随着现代社会资源开发利用和基础设施的不断完善和发展，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，土体性质差，受水流、扰动等影响，极易产生突水、突泥等恶劣的情况。在隧道施工过程中，由突水造成的重大安全事故达到80%，所以对于在固液耦合条件下隧道的相关研究刻不容缓，研究围岩破裂和突水发生过程中，岩体中各物理场相应的规律，对于灾害的避免和施工顺利的进行有着重要的意义。由于突水等灾变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，其优点是能够通过模型开挖真实地模拟出复杂工程中因施工方法、外界荷载、时间效应等带来的影响。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，如榀式的组装结构在实际使用中并不方便，围岩破裂和突水过程不够直观，固液耦合环境不完全符合实际工程，开挖时外部的动力方面的影响没有考虑等等。
技术实现思路
专利技术目的：本技术提供一种新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统，其目的是解决以往所存在的问题。技术方案：一种新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统，其特征在于：该系统包括一体化钢结构框架、液压加载装置、动力加载装置、压力水箱和总控制电脑；一体化钢结构框架为上端开口的箱式结构，液压加载装置设置在一体化钢结构框架的开口的上方，压力水箱通过橡胶输水管连通至一体化钢结构框架的内部，动力加载装置从一体化钢结构框架的侧面伸进一体化钢结构框架内；液压加载装置、动力加载装置和压力水箱均连接至总控制电脑。在一体化钢结构框架的开口的上方还设置有监控一体化钢结构框架内气矿的摄像头，摄像头连接显示系统，显示系统连接总控制电脑。一体化钢结构框架的内部设置有合金板箱。一体化钢结构框架的开口的上方设置有顶盖，顶盖与一体化钢结构框架的开口之间保持距离，液压加载装置和摄像头设置在顶盖底表面，显示系统设置在顶盖上表面。一体化钢结构框架设置在底座上。在一体化钢结构框架内设置有光纤位移传感器，光纤位移传感器连接到总控制电脑。合金板箱内设置有凡士林层。动力加载装置主要由合金共振框架、振动框架连接杆件、振动器、振动片连接杆件和振动片组成，振动器设置在合金共振框架内并通过振动框架连接杆件与合金共振框架固定连接，振动片通过振动片连接杆件设置在焊接在合金共振框架一侧，振动片伸进一体化钢结构框架内与合金板箱相连。优点效果：本技术提供一种新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统，其整体包括了高强度一体化成型的外部钢结构，加载的千斤顶群及反力墙，高强度合金板箱，外部计算机总控制平台，实时监测控制显示系统，双压力水箱，外部振动型动力加载系统。在合金板箱内铺有四氯乙烯薄膜，涂有凡士林等减少摩擦的涂料，在外部钢结构的顶端架设摄像头和显示系统，在其下方设有两条提供液体环境的输水管与外部的两个压力水箱相连接，在动力系统中振动器和连接杆件与材料相连，在流固耦合材料中埋有光纤位移应变测试传感器，光纤位移应变测试传感器通过线路与计算机控制平台相连，保证整个系统的数字化。本技术结构简单，强度高，数字化优秀，能模拟出实际开挖过程中隧道在固液耦合环境下受振动发生围岩破裂和突水过程。该系统的目的是为很好模拟地震等动力对开挖和施工过程中围岩的影响，细致的观察模型围岩破裂和突水的过程，很好模拟输水造成的水力作用，是一种结构稳定，强度较高，能模拟固液耦合环境下受外部动力影响的围岩渗流特征和加载过程中围岩破裂和突水过程的试验系统。本装置运用了一体化外部钢结构框架，摄像头和显示系统，双压力水箱和独有的动力加载系统来更加直观的观察和记录试验，真实地模拟出实际开挖过程中隧道在固液耦合环境下受振动等动力条件下发生围岩破裂和突水过程。本技术可以以不同的相似材料为基础，模拟实际工程开挖过程中和开挖完毕后的岩体情况，对其破裂和突水情况进行分析，主要具有以下优点：1、以往的试验系统多为榀式组合结构，实际操作不方便，本系统采用一体化设计，方便试验。2、能够独创的模拟地震等动力给开挖带来的影响，更加真实的模拟出实际开挖过程的情况。3、提供液体环境的压力水箱设有压力表并与计算机相连，可以简单方便的记录注水量，同时双向的输水可以真实模拟实际情况，避免单向输水的不均匀性，保证材料完全饱和。4、乙烯薄膜包裹相似材料，同时使用凡士林润滑，可以避免相似材料与外结构的摩擦产生的影响。5、用全程计算机控制，备有实时监测装置，便于观察开挖时围岩受动力的破裂突水情况。整个仪器结构稳定，强度较高，操作简单，能够十分精准的模拟出实际工程的情况。附图说明：图1为本技术的整体结构示意图；图2为本技术的一体化钢结构框架示意图；图3为本技术的顶盖部分结构示意图；图4为本技术的动力加载装置示意图；图5为本技术的内部合金板箱示意图；图6为本技术的压力水箱示意图；图7为本技术的总电脑控制系统示意图；图8为振动器细节示意图；具体实施方式：本专利技术提供一种新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统，该系统包括一体化钢结构框架1、液压加载装置2、动力加载装置3、压力水箱5和总控制电脑6；一体化钢结构框架1为上端开口的箱式结构，液压加载装置2设置在一体化钢结构框架1的开口的上方，压力水箱5通过橡胶输水管10连通至一体化钢结构框架1的内部，动力加载装置3从一体化钢结构框架1的侧面伸进一体化钢结构框架1内；液压加载装置2、动力加载装置3和压力水箱5均连接至总控制电脑6。在一体化钢结构框架1的开口的上方还设置有监控一体化钢结构框架1内气矿的摄像头9，摄像头9连接显示系统7，显示系统7连接总控制电脑6。一体化钢结构框架1的内部设置有合金板箱。一体化钢结构框架1的开口的上方设置有顶盖11，顶盖11与一体化钢结构框架1的开口之间保持距离，液压加载装置2和摄像头9设置在顶盖11底表面，显示系统7设置在顶盖11上表面。一体化钢结构框架1设置在底座8上。在一体化钢结构框架1内设置有光纤位移传感器，光纤位移传感器连接到总控制电脑6。合金板箱内设置有凡士林层。动力加载装置主要由合金共振框架14、振动框架连接杆件15、振动器16、振动片连接杆件17和振动片18组成，振动器16设置在合金共振框架14内并通过振动框架连接杆件15与合金共振框架14固定连接，振动片18通过振动片连接杆件17设置在焊接在合金共振框架14一侧。振动片18伸进一体化钢结构框架1内与合金板箱相连。下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：（1）所述一体钢结构架由前后墙、底板、两侧和上部的加载墙组成，由强度极高的钢合金板焊接而成，前后反力墙中间部分设有预开挖的孔洞，左右加载墙上预留孔洞给动力加载装置，下部通过螺栓和底座进行连接固定，上部用钢合金杆与顶盖连接。（2）所述顶盖由高强度钢合金板焊接成，上部平整成矩形，下部用钢合金板与一体钢结构架焊接。（3）所述底座由刚高强度钢合金材料焊接而成，保证一定的厚度，以此确保整体系统的稳定性。（4）所述实时监测显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统，其特征在于：该系统包括一体化钢结构框架（1）、液压加载装置（2）、动力加载装置（3）、压力水箱（5）和总控制电脑（6）；一体化钢结构框架（1）为上端开口的箱式结构，液压加载装置（2）设置在一体化钢结构框架（1）的开口的上方，压力水箱（5）通过橡胶输水管（10）连通至一体化钢结构框架（1）的内部，动力加载装置（3）从一体化钢结构框架（1）的侧面伸进一体化钢结构框架（1）内；液压加载装置（2）、动力加载装置（3）和压力水箱（5）均连接至总控制电脑（6）。

【技术特征摘要】
2017.03.23 CN 20172028635461.一种新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统，其特征在于：该系统包括一体化钢结构框架（1）、液压加载装置（2）、动力加载装置（3）、压力水箱（5）和总控制电脑（6）；一体化钢结构框架（1）为上端开口的箱式结构，液压加载装置（2）设置在一体化钢结构框架（1）的开口的上方，压力水箱（5）通过橡胶输水管（10）连通至一体化钢结构框架（1）的内部，动力加载装置（3）从一体化钢结构框架（1）的侧面伸进一体化钢结构框架（1）内；液压加载装置（2）、动力加载装置（3）和压力水箱（5）均连接至总控制电脑（6）。2.根据权利要求1所述的新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统，其特征在于：在一体化钢结构框架（1）的开口的上方还设置有监控一体化钢结构框架（1）内气矿的摄像头（9），摄像头（9）连接显示系统（7），显示系统（7）连接总控制电脑（6）。3.根据权利要求2所述的新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统，其特征在于：一体化钢结构框架（1）的内部设置有合金板箱。4.根据权利要求2-3中任意一项所述的新型固液耦合环境下地质力学模型动力试验系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇轩，王军祥，王琛，王鑫，于涵学，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21