一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置及方法，岩爆试验装置可以模拟隧道开挖前以及隧道开挖过程中，围岩的受力情况。装置包括顶部垫板、底部垫板、I型竖向支撑平板、II型竖向支撑平板，I型竖向支撑平板的内壁固定有第一圆形圈套，第一圆形圈套内安装有第一液压千斤顶，II型竖向支撑平板的内壁固定有第二圆形圈套，第二圆形圈套内安装有第二液压千斤顶，第一液压千斤顶、第二液压千斤顶的施力端之间为岩样容纳空间，第一液压千斤顶、第二液压千斤顶的侧壁上分别固定有用于实时监测试验过程中试件轴向变形值的百分表。

An experimental device and method for simulating rock burst of underground engineering in high stress zone

【技术实现步骤摘要】
一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置及方法
本专利技术涉及山地高应力区隧道建设和煤矿开采领域，特别是涉及一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置及方法。
技术介绍
21世纪以来，随着国民经济的发展，人们对资源和能源的依赖程度越来越高。目前我国浅部资源利用率极高，而深部资源开采已经成为弥补资源短缺的重要手段。山区隧道工程作为我国公路网的重要组成部分，在促进山区资源开发、改善山区出行条件等方面发挥了重要作用。然而近年来随着隧道埋置深度的逐渐加深，导致地质灾害频发，严重威胁了通行安全。在煤炭开采方面，我国每年开采深度以10-25m的速度增加，平均开采深度达700m左右。随着煤炭开采和隧道工程等人类活动的不断向地球内部的深入，人们发现深部岩石有着不同与浅部岩石的特点，这些特点利用现有知识无法很好的描述。尤其是岩爆现象给工程造成极大的损害，阻碍了我国工程建设的发展。岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象，当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡。岩爆现象已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题，对其采取预防研究已经迫在眉睫。当前，涉及岩爆的预防技术主要有两种。一种是现场监测，在隧道开挖过程中，监测围岩的变形情况，提出合理的支护手段，如撒水、注浆、支撑等；另一种是室内试验，采取岩样制作成试验标准试件，在力学试验机上加载得到岩石力学指标(强度、模量、变形等)。但在试验过程中，常常遇到对试样施加三向应力非常困难，尤其是模拟隧道开挖过程中，围岩一面临空五面受力的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置及方法，岩爆试验装置不仅可以模拟隧道开挖前围岩的受力情况，还可以模拟隧道开挖过程中，围岩一面临空五面受力的情况。试验装置结构简单，方法容易操作，可以实时观测试样的应力和变形，为岩爆灾害的预防提供有效的基础信息。本专利技术的目的是这样实现的：一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置，包括基架，所述基架由顶部垫板、底部垫板、I型竖向支撑平板、II型竖向支撑平板构成，所述顶部垫板包括呈“凵”型的凹板以及“一”字型搭接板，所述搭接板搭接于凹板的两端，形成“口”字型，所述凹板的三个侧板以及搭接板上均设置有上卡接槽；所述底部垫板呈“口”字型，其四个侧板上均设置有下卡接槽，与顶部垫板上的上卡接槽对应；所述I型竖向支撑平板为长方形板，I型竖向支撑平板的数量为三个，三个I型竖向支撑平板卡接于凹板的三个侧板上的上卡接槽以及对应的下卡接槽内，所述II型竖向支撑平板呈“凸”字型，其上端突出部卡接于“一”字型搭接板上的上卡接槽内，其下端卡接于对应的下卡接槽内；所述II型竖向支撑平板的内壁中部固定有第一圆形圈套，所述第一圆形圈套内安装有第一液压千斤顶，所述三个I型竖向支撑平板的内壁中部固定有第二圆形圈套，所述第二圆形圈套内安装有第二液压千斤顶，所述第一液压千斤顶、第二液压千斤顶位于同一水平面上，形成水平载荷输出系统，第一液压千斤顶、第二液压千斤顶的施力端之间为岩样容纳空间，所述第一液压千斤顶、第二液压千斤顶的侧壁上分别固定有用于实时监测试验过程中试件轴向变形值的百分表。进一步地，所述第一圆形圈套焊接在II型竖向支撑平板的内壁中部；所述第二圆形圈套焊接在对应I型竖向支撑平板的内壁中部。进一步地，所述凹板两端侧板的卡接槽内固定有盖帽，用于对对应的I型竖向支撑平板限位。进一步地，所述盖帽焊接固定于对应的卡接槽内。进一步地，所述凹板的两端分别设有向下凹陷的搭接槽，所述搭接板的两端设置宽度变小的搭接凸起与对应的搭接槽搭接，形成搭接板的限位。一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验方法，取一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置，本方法包括以下步骤：S1.将岩爆试验装置安装在岩石力学试验机上，在装置内放入立方体状的岩样，试验前制定好试验所要施加的载荷值，在岩石力学试验机施加竖向载荷的同时，利用岩爆装置施加水平方向载荷，以此实现三向应力的施加，模拟隧道开挖前围岩的受力情况；S2.加载到试验所制定的载荷后，记录岩样所受的压力值以及对应的变形量；S3.待试件变形稳定后，拆除搭接板和II型竖向支撑平板，实现模拟隧道开挖过程中围岩一面临空五面受力的情况，同时记录岩样的变形以及岩爆发生的时间。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：将装置安装在岩石力学试验机上，在装置内放入岩样，通过试验机施加竖向载荷和岩爆装置施加水平方向载荷(包含两个相互垂直的方向的载荷)实现三向应力的施加。该岩爆试验装置不仅可以模拟隧道开挖前围岩的受力情况，还可以模拟隧道开挖过程中，围岩一面临空五面受力的情况。试验装置简单，容易操作，可以实时观测试样的应力和变形，为岩爆灾害的预防提供有效的基础信息。附图说明图1：岩爆试验装置顶部垫板示意图；图2：岩爆试验装置底部垫板示意图；图3：岩爆试验装置的I型竖向支撑平板、II型竖向支撑平板的示意图；图4：百分表示意图；图5：岩爆试验装置剖面示意图；图6：岩爆试验岩样受力示意图。附图标记附图中，1为凹板，2为搭接板，3为盖帽，4为沟槽，5为卡接槽，6为底部垫板，7为百分表，8为液压千斤顶，9为液压输入阀门，10为圆形圈套，11为I型竖向支撑平板，12为II型竖向支撑平板，13为力学试验机垂直液压出力传感器，14为岩样，15为力学试验机底座，F1为力学试验机施加的竖向载荷，F2、F3为岩爆试验装置施加的水平方向载荷。具体实施方式参见图1-图6，一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置，包括基架，所述基架由顶部垫板、底部垫板、I型竖向支撑平板、II型竖向支撑平板构成，所述顶部垫板包括呈“凵”型的凹板以及“一”字型搭接板，所述搭接板搭接于凹板的两端，形成“口”字型，本实施例中，所述凹板的两端分别设有向下凹陷的搭接槽，所述搭接板的两端设置宽度变小的搭接凸起与对应的搭接槽搭接，形成搭接板沿纵向移动的限位。所述凹板的三个侧板以及搭接板上均设置有上卡接槽；所述底部垫板呈“口”字型，其四个侧板上均设置有下卡接槽，与顶部垫板上的上卡接槽对应；所述I型竖向支撑平板为长方形板，I型竖向支撑平板的数量为三个，三个I型竖向支撑平板卡接于凹板的三个侧板上的上卡接槽以及对应的下卡接槽内，所述II型竖向支撑平板呈“凸”字型，其上端突出部卡接于“一”字型搭接板上的上卡接槽内，其下端卡接于对应的下卡接槽内。所述II型竖向支撑平板的内壁中部固定有第一圆形圈套，所述第一圆形圈套内安装有第一液压千斤顶，所述三个I型竖向支撑平板的内壁中部固定有第二圆形圈套，所述第二圆形圈套内安装有第二液压千斤顶，所述第一液压千斤顶、第二液压千斤顶位于同一水平面上，形成水平载荷输出系统，第一液压千斤顶、第二液压千斤顶的施力端之间为岩样容纳空间，所述第一液压千斤顶、第二液压千斤顶的侧壁上分别固定有用于实时监测试验过程中试件轴向变形值的百分表。所述凹板的与端部相邻的两个侧板的卡接槽内焊接固定有盖帽，用于对对应的I型竖向支撑平板限位。当然，也可以直接设置盲孔来支撑，而不需要设置盖帽。一种模拟高应力区地下工程开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置，其特征在于，包括基架，所述基架由顶部垫板、底部垫板、I型竖向支撑平板、II型竖向支撑平板构成，所述顶部垫板包括呈“凵”型的凹板以及“一”字型搭接板，所述搭接板搭接于凹板的两端，形成“口”字型，所述凹板的三个侧板以及搭接板上均设置有上卡接槽；所述底部垫板呈“口”字型，其四个侧板上均设置有下卡接槽，与顶部垫板上的上卡接槽对应；所述I型竖向支撑平板为长方形板，I型竖向支撑平板的数量为三个，三个I型竖向支撑平板卡接于凹板的三个侧板上的上卡接槽以及对应的下卡接槽内，所述II型竖向支撑平板呈“凸”字型，其上端突出部卡接于“一”字型搭接板上的上卡接槽内，其下端卡接于对应的下卡接槽内；所述II型竖向支撑平板的内壁中部固定有第一圆形圈套，所述第一圆形圈套内安装有第一液压千斤顶，所述三个I型竖向支撑平板的内壁中部固定有第二圆形圈套，所述第二圆形圈套内安装有第二液压千斤顶，所述第一液压千斤顶、第二液压千斤顶位于同一水平面上，形成水平载荷输出系统，第一液压千斤顶、第二液压千斤顶的施力端之间为岩样容纳空间，所述第一液压千斤顶、第二液压千斤顶的侧壁上分别固定有用于实时监测试验过程中试件轴向变形值的百分表。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置，其特征在于，包括基架，所述基架由顶部垫板、底部垫板、I型竖向支撑平板、II型竖向支撑平板构成，所述顶部垫板包括呈“凵”型的凹板以及“一”字型搭接板，所述搭接板搭接于凹板的两端，形成“口”字型，所述凹板的三个侧板以及搭接板上均设置有上卡接槽；所述底部垫板呈“口”字型，其四个侧板上均设置有下卡接槽，与顶部垫板上的上卡接槽对应；所述I型竖向支撑平板为长方形板，I型竖向支撑平板的数量为三个，三个I型竖向支撑平板卡接于凹板的三个侧板上的上卡接槽以及对应的下卡接槽内，所述II型竖向支撑平板呈“凸”字型，其上端突出部卡接于“一”字型搭接板上的上卡接槽内，其下端卡接于对应的下卡接槽内；所述II型竖向支撑平板的内壁中部固定有第一圆形圈套，所述第一圆形圈套内安装有第一液压千斤顶，所述三个I型竖向支撑平板的内壁中部固定有第二圆形圈套，所述第二圆形圈套内安装有第二液压千斤顶，所述第一液压千斤顶、第二液压千斤顶位于同一水平面上，形成水平载荷输出系统，第一液压千斤顶、第二液压千斤顶的施力端之间为岩样容纳空间，所述第一液压千斤顶、第二液压千斤顶的侧壁上分别固定有用于实时监测试验过程中试件轴向变形值的百分表。2.根据权利要求1所述的一种模拟高应力区地下工程开挖岩爆试验装置，其特征在于，所述第一圆形圈套...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪凯，张金浩，
申请(专利权)人：重庆交通大学，陈洪凯，张金浩，
类型：发明
国别省市：重庆,50