一种静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统技术方案

本发明专利技术提供了一种静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统，包括具有收容空间的外框架、收容于所述收容空间并固定于所述外框架的模型池及与所述模型池连通并用于向所述模型池内注入浇铸材料的浇铸装置，所述浇铸材料在所述模型池内固化成型形成岩体模型，所述岩体模型包括岩块模型及分散布置于所述岩块模型内的节理模型，所述岩体模型内还设有多个异形孔，所述异形孔由异形孔制作装置模铸而成，所述异形孔用于填充静力破碎剂，所述模型池由透明的有机玻璃制成，所述浇铸材料为含水不饱和聚酯树脂。本发明专利技术提供的静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统可以方便观看所述模型池内的结构变化。

【技术实现步骤摘要】
一种静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统
本专利技术涉及模型试验装置
，具体涉及一种静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统。
技术介绍
传统的借助于炸药的爆破方法，其爆破瞬间释放大量能量，带来巨大的破坏力，爆破过程往往伴随着冲击波、漫天飞尘、飞石。当爆破地点位于市内时，爆破过程中的不良现象有时是难以接受的。此外，当爆破对象为软岩时，爆破过程产生的冲击波将会改变岩体内部的应力状态，使得岩体内部的裂隙进一步发育，降低岩体的完整性，进而弱化岩体的整体强度，严重的会造成岩体的恶性破坏。这些缺陷使得传统的爆破法受到诸多限制，而普通的人工或机械式开挖又效率过低，影响施工进度。针对这些问题，静力胀裂技术便应运而生，该施工方法先采用静力胀裂岩体，而后使用风镐将岩体解小，施工效率得到大大提升。静力胀裂利用静力破碎剂发生水化反应时自身体积膨胀产生的膨胀压力将混凝土、岩石等破碎。将静力破碎剂装入预先钻好的炮孔，在催化剂作用下发生水化反应，经过一定时间后体积产生膨胀；由于孔壁的限制作用即能产生膨胀压力，在圆孔周围的径向方向产生压缩应力，在与压缩应力垂直的方向(即沿圆孔的切线方向)产生拉应力，当切向拉应力大于被破碎物体的抗拉强度时，就会使被破碎的物体在孔壁上产生龟裂。静力胀裂具有安全方便、对环境影响小、破岩效果好、对岩体完整性的恶化影响小等优点。但目前仍存在三个主要的缺点：1.破岩时间长，圆形炮孔周边区域的应力重分布周期长，应力变化幅度小，使得从灌入静力破碎剂至完全胀裂一般需要8-10h；2.未充分利用岩体中的节理面，以提高破岩效率；3.静力胀裂施工未有成文的技术规范，现场施工主观性较强，施工效果差。同时，静力胀裂的内在机理与发展过程、静力胀裂后裂隙的形态、边界条件和炮孔形状等对静力胀裂的影响等问题，目前也未有系统性的研究。为研究并解决以上问题，需要进行大量的实验；但如果采用现场试验的话，不仅会消耗大量的物资，还难以进行足够次数的实验以保证实验结果的合理性和完整性，并且难以对同一对象进行重复试验以探索最优的施工方法。因此，实有必要提供一种静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述技术问题，提供一种可以方便观测所述岩体模型内的结构变化和应变变化的静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统。为了实现上述目的，本专利技术提供静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统，包括具有收容空间的外框架、收容于所述收容空间并固定于所述外框架的模型池及与所述模型池连通并用于向所述模型池内注入浇铸材料的浇铸装置，所述浇铸材料在所述模型池内固化成型形成岩体模型，所述岩体模型包括岩块模型及分散布置于所述岩块模型内的节理模型，所述岩体模型内还设有多个异形孔，所述异形孔由异形孔制作装置模铸而成，所述异形孔用于填充静力破碎剂，所述模型池由透明的有机玻璃制成，所述浇铸材料为含水不饱和聚酯树脂。优选的，所述外框架整体呈正方体框架式结构，其内部形成所述收容空间，所述外框架包括底框、与所述底框平行间隔设置的顶框及连接所述底框和所述顶框的立柱，所述底框由四根大方钢管依次首尾相接围成，所述顶框由四根圆钢管依次首尾相接围成，所述立柱为圆钢管，所述底框内部的纵向和横向分别均匀焊接有两根隔条，横向设置的所述隔条和纵向设置的所述隔条相互垂直交叉。优选的，所述模型池承载于所述底框上，所述模型池包括底板、与所述底板连接的多个壁环、安装于所述壁环的蜂窝柱及连接所述底板和所述壁环的反力柱，所述底板呈圆形的板状结构，所述壁环呈与所述底板的外圆周形状相匹配的圆环形，多个所述壁环沿所述模型池的高度方向依次层叠设置，所述壁环包括普通壁环及带孔壁环，所述普通壁环和所述带孔壁环依次层叠设置，所述带孔壁环在高度的中间位置贯穿设置有多个圆孔，多个所述圆孔沿所述带孔壁环的圆周均匀分布，所述圆孔的轴向指向所述带孔壁环的轴心，所述蜂窝柱固定于所述圆孔内，所述蜂窝柱由隔热陶瓷制成，所述蜂窝柱内部均匀分布有多个小圆孔，所述小圆孔连通所述模型池和外界。优选的，所述反力柱用于连接所述底板及所述壁环，所述底板沿高度方向贯穿设置有至少两个贯穿孔，所述反力柱与所述贯穿孔一一对应设置，所述反力柱包括凹形柱、反力板及螺栓，所述凹形柱呈U形结构，其包括底壁及自所述底壁两端弯折延伸的两个侧壁，两个所述侧壁相互平行间隔，所述侧壁的截面形状与所述贯穿孔的形状相匹配，所述底板承载于所述底壁上，所述壁环夹设于两个所述侧壁之间，所述侧壁的内侧面为弧形面，所述弧形面的形状与所述壁环的外侧面弧面形状相匹配，所述侧壁顶端设有孔洞，两个所述侧壁上的孔洞相对设置，所述反力板可穿入两个所述孔洞内，所述反力板的中间位置设有螺纹孔，所述螺栓可穿过螺纹孔抵接壁环。优选的，所述浇铸装置包括依次连通的材料桶、第一橡胶软管、电泵及第二橡胶软管，所述材料桶内盛放含水不饱和聚酯树脂的乳化液，所述第二橡胶软管从所述模型池的顶部开口沿所述模型池的内壁伸入所述模型池的底部。优选的，所述异形孔从所述岩体模型的上端面沿所述岩体模型的高度方向直线向下延伸，所述异形孔为三棱柱或四棱柱形。优选的，所述异形孔制作装置包括大卡扣、滑槽、小卡扣及异形杆，所述大卡扣对应卡设于所述顶框上，所述滑槽两端分别垂直焊接于两个所述大卡扣的外表面；所述滑槽内部有T型的导轨，所述小卡扣上焊接有T型的卡位柱，卡位柱从滑槽的一端滑入，并可在滑槽内滑动；所述异形杆由铝合金制成，其上部为圆柱，下部为三棱柱或四棱柱形，通过拧紧所述小卡扣的蝶形螺母固定住所述异形杆。优选的，所述节理模型包括多个相互拼接的节理模型片及与所述节理模型片连接的多根空心铜管，所述节理模型片包括节理片及不饱和聚酯树脂加固层，所述不饱和聚酯树脂加固层覆盖于所述节理片的两个侧面，所述空心铜管包括输入端和输出端，所述输入端露设于所述模型池外，所述输出端穿过所述蜂窝柱的小圆孔与所述节理模型片固定。优选的，所述模型试验系统还包括用于测量所述异型孔作用面处应变值的应变测量装置，所述应变测量装置包括传感元件及与所述传感元件连接的信号接收处理仪器，所述传感元件设置于所述异形孔的作用面内，所述信号接收处理仪器设置于所述模型池外，所述传感元件与所述信号接收处理仪器通过导线连接。优选的，所述模型试验系统还包括测量记录装置，所述测量记录装置固定于所述外框架上，用于测量并记录所述模型池的试验过程，所述测量记录装置包括卡扣、活动臂及测量记录设备，所述卡扣与所述外框架活动连接，所述活动臂为多节式的长臂，多节长臂之间相互铰接，所述测量记录装置固定于所述活动臂的末端，所述测量记录装置包括激光位移计、超声波测量仪的发射端和接收端、摄像头中的一种或者多种。与相关技术相比，本专利技术提供的静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统中，所述模型池由透明的有机玻璃制成，所述浇铸材料为含水不饱和聚酯树脂，可以方便观测所述岩体模型内的结构变化；通过引入节理模型，可以较为真实地还原现场的地质情况；通过设置应变测量装置和测量记录装置，可以测量岩体模型内外各物理量的变化，记录试验过程；并且通过各子系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统，其特征在于，包括具有收容空间的外框架、收容于所述收容空间并固定于所述外框架的模型池及与所述模型池连通并用于向所述模型池内注入浇铸材料的浇铸装置，所述浇铸材料在所述模型池内固化成型形成岩体模型，所述岩体模型包括岩块模型及分散布置于所述岩块模型内的节理模型，所述岩体模型内还设有多个异形孔，所述异形孔由异形孔制作装置模铸而成，所述异形孔用于填充静力破碎剂，所述模型池由透明的有机玻璃制成，所述浇铸材料为含水不饱和聚酯树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种静态膨胀力致裂软岩的模型试验系统，其特征在于，包括具有收容空间的外框架、收容于所述收容空间并固定于所述外框架的模型池及与所述模型池连通并用于向所述模型池内注入浇铸材料的浇铸装置，所述浇铸材料在所述模型池内固化成型形成岩体模型，所述岩体模型包括岩块模型及分散布置于所述岩块模型内的节理模型，所述岩体模型内还设有多个异形孔，所述异形孔由异形孔制作装置模铸而成，所述异形孔用于填充静力破碎剂，所述模型池由透明的有机玻璃制成，所述浇铸材料为含水不饱和聚酯树脂。


2.根据权利要求1所述的模型试验系统，其特征在于，所述外框架整体呈正方体框架式结构，其内部形成所述收容空间，所述外框架包括底框、与所述底框平行间隔设置的顶框及连接所述底框和所述顶框的立柱，所述底框由四根大方钢管依次首尾相接围成，所述顶框由四根圆钢管依次首尾相接围成，所述立柱为圆钢管，所述底框内部的纵向和横向分别均匀焊接有两根隔条，横向设置的所述隔条和纵向设置的所述隔条相互垂直交叉。


3.根据权利要求2所述的模型试验系统，其特征在于，所述模型池承载于所述底框上，所述模型池包括底板、与所述底板连接的多个壁环、安装于所述壁环的蜂窝柱及连接所述底板和所述壁环的反力柱，所述底板呈圆形的板状结构，所述壁环呈与所述底板的外圆周形状相匹配的圆环形，多个所述壁环沿所述模型池的高度方向依次层叠设置，所述壁环包括普通壁环及带孔壁环，所述普通壁环和所述带孔壁环依次层叠设置，所述带孔壁环在高度的中间位置贯穿设置有多个圆孔，多个所述圆孔沿所述带孔壁环的圆周均匀分布，所述圆孔的轴向指向所述带孔壁环的轴心，所述蜂窝柱固定于所述圆孔内，所述蜂窝柱由隔热陶瓷制成，所述蜂窝柱内部均匀分布有多个小圆孔，所述小圆孔连通所述模型池和外界。


4.根据权利要求3所述的模型试验系统，其特征在于，所述反力柱用于连接所述底板及所述壁环，所述底板沿高度方向贯穿设置有至少两个贯穿孔，所述反力柱与所述贯穿孔一一对应设置，所述反力柱包括凹形柱、反力板及螺栓，所述凹形柱呈U形结构，其包括底壁及自所述底壁两端弯折延伸的两个侧壁，两个所述侧壁相互平行间隔，所述侧壁的截面形状与所述贯穿孔的形状相匹配，所述底板承载于所述底壁上，所述壁环夹设于两个所述侧壁之间，所述侧壁的内侧面为弧形面，所述弧形面的形状与所述壁环的外侧面弧面形状相匹配，所述侧壁顶端设有孔洞，两个所述侧壁上的孔洞相对设置，所述反力板可...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏永华，徐坤，王栋，于海臣，苏雅，邹丹，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43