一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置制造方法及图纸

一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，包括其特征在于：包括底部加压盘、围岩试件、钢垫片、顶部密封盘、顶部加压盘、密封固定杆，底部加压盘包含凹槽I、高压五针接线柱I、数据传输线I、螺纹孔I；围岩试件放置在底部加压盘正上方，顶部密封盘放置在钢垫片正上方，顶部加压盘放置在顶部密封盘正上方，密封固定杆及螺母来固定底部加压盘和顶部加压盘。本发明专利技术可以实现岩体内部应力的卸荷，很好地模拟三维状态下巷道开挖卸荷过程，不会对围岩产生附加扰动，能够考虑实际开挖过程中掌子面及前方待开挖岩体对围岩的支撑作用，能够获得卸荷过程中围岩的变形及声学等参数的实时响应。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置
一种涉及模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，属于地下工程开挖卸荷试验
该试验装置可以实现岩体内部应力的卸荷，很好地模拟三维状态下巷道开挖卸荷过程，不会对围岩产生附加扰动，能够精确控制卸荷量及卸荷速度，模拟不同施工工法的巷道开挖卸荷。
技术介绍
随着我国经济基础建设的加速发展，岩体工程的规模和数量不断增加，工程的复杂性也日益增加。特别是地下空间的开发及深部地下资源的安全高效开采，已经对岩石力学提出了更高的要求。巷道掘进实际上是卸荷过程中围岩应力状态在时间和空间上的动态调整，由开挖前的原岩应力状态调整为开挖后的二次应力状态。这个扰动过程必然导致围岩的性质发生改变。通常，在地下隧道及采矿工程中采用不同的开挖施工工法，对围岩性质造成的影响程度不同，特别是遇到高地应力条件及脆硬岩石环境，更容易引起严重灾害。目前，实验室内通常采用两种技术方案模拟巷道开挖。其一是，采用机械钻掘设备直接取出开挖体的开挖方法，缺点是：1.试验模型处于二维状态状态，取出开挖体会对模型的洞壁岩体产生摩擦震动，影响监测仪器采集数据，从而对试验结果造成影响；2.无法精确的控制开挖速度，造成测量数据结果差异。其二是，在试验前将模型试件提前预留孔洞，并使用者蜡和松香等易融化体进行填充，在模型加载过程中，加热使蜡和松香融化，来代替待开挖体的取出过程，缺点是：1.填充待开挖体的刚度较小，不能承担较大的力，故不能模拟较高应力状态的开挖。2.填充体融化不均匀，会造成模型孔洞产生应力集中，从而影响试验效果。3.无法模拟不同施工工法的开挖。同时，这两种模拟巷道开挖的技术方案均没有考虑实际开挖过程中掌子面及前方待开挖岩体对围岩的支撑作用及开挖对其造成的影响。
技术实现思路
为了克服上述现有装置在模拟巷道开挖过程中存在的不足，本专利技术提供一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，不会对围岩产生附加扰动，能够考虑实际开挖过程中掌子面及前方待开挖岩体对围岩的支撑作用及开挖施工工法对其造成的影响，能够精确控制卸荷量及卸荷速度，模拟不同施工工法的巷道开挖卸荷，同时能够获得卸荷过程中围岩的变形及声学等参数的实时响应。本专利技术解决上述技术问题的技术方案为：一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，包括底部加压盘、围岩试件、钢垫片、顶部密封盘、顶部加压盘、密封固定杆，其中：底部加压盘包含凹槽I、高压五针接线柱I、数据传输线I，底部加压盘底部伸出的两翼上预设螺纹孔I；外部包裹外橡胶膜的围岩试件上设有应变片及声发射传感器，放置在所述底部加压盘的正上方，其特征在于：所述围岩试件内部预设有开孔巷道，在开孔巷道内放置内橡胶膜，正上方放置钢垫片；顶部密封盘侧面含有凹槽II及凹槽III，放置在钢垫片正上方；顶部加压盘含有放置密封圈的凹槽IV，其特征在于：所述顶部加压盘一侧设有进油口接头另一侧设有出油口接头，顶部伸出的两翼上预设螺纹孔II，使用两端刻有螺纹的密封固定杆及螺母固定底部加压盘和顶部加压盘；进一步的，高压五针接线柱I数量为6个，对称分布在底部加压盘侧面，数据传输线I的数量为30根，一端连接围岩试件上应变片，另一端连接导出应变数据。进一步的，预设螺纹孔I的数量为两个，对称分布。进一步的，所述围岩试件为圆柱体，内有部分开孔巷道，巷道中心与圆柱体同心，开孔长度可为巷道半径的倍数，开孔半径范围10～50mm。进一步的，外橡胶模两端开口包裹在围岩试件外部，凹槽I和凹槽III分别用来固定外橡胶模的两端，外橡胶模厚度可为1～3mm。进一步的，内橡胶膜一端开口一端封闭，凹槽II用来固定内橡胶膜开口一端，内橡胶膜厚度为0.5mm。进一步的，钢垫片垫放在顶部密封盘正上方，钢垫片可以取下更换，根据围岩试件高度及开孔半径的改变更换不同尺寸。进一步的，在顶部加压盘两侧的进油口接头、出油口接头采用高强不锈钢材质，密封效果好，耐高压。进一步的，预设螺纹孔II的数量为两个，对称分布。进一步的，密封固定杆采用优质高强钢材，两端刻有不同长度的螺纹，数量为两根，对称分布，能够将围岩试件固定在试验装置内，防止试件在油液浮力等外力作用下移动，导致轴向偏压的产生。进一步的，6个声发射传感器布置在外橡胶模外表面，使用压敏胶带固定。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：(1)能够实现岩体内部卸荷，很好地模拟巷道开挖卸荷过程。(2)可以精确的控制开挖卸荷的速度。(3)可以研究巷道开挖过程中围岩的变形规律及声发射特征。(4)可以研究巷道开挖对掌子面前方的待开挖围岩体的影响。(5)可以研究巷道开挖面空间效应。附图说明图1是本专利技术中岩体内部卸荷试验装置的结构示意图。图2是本专利技术中底部加压盘结构示意图。图3是本专利技术中钢垫片的结构示意图。图4是本专利技术中顶部密封盘的结构示意图。图5是本专利技术中顶部加压盘的结构示意图。图6是本专利技术中密封固定杆结构示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例对本专利技术的试验装置实施步骤作进一步的详细说明。应当表明，本领域技术人员在未做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本专利技术保护范围。实施例：一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，如附图1-6所示。步骤一、试样制备制备试样并在围岩试样内部预埋及内外侧壁对称黏贴应变片，在试件表面标记声发射传感器安装点位。步骤二、密封装置组装(1)将底部加压盘放置水平后，将数据传输线I输出端连接在应变仪上；(2)将围岩试样封闭端朝下置于底部加压盘的正上方，将数据传输线I输入端焊接在应变片连接线上，将连接线用胶布均匀固定在围岩试件表面；(3)将外橡胶膜套在围岩试件外侧，外橡胶膜下端使用高弹绳固定在凹槽I内；(4)内橡胶膜置于试件内部预制孔洞内，封闭端朝下，开口端朝上；(5)将钢垫片及顶部密封盘卡嵌固定后，置于围岩试件正上方，并将内橡胶膜开口端使用高弹绳固定在凹槽III内；(6)将外橡胶膜上端使用高弹绳固定在凹槽II内；(7)将两根密封固定杆螺纹长度较短一端拧紧在底部加压盘两翼的螺纹孔内；(8)将密封固定杆螺纹长度较长一端穿过顶部加压盘两翼的螺纹孔内，盖紧顶部加压盘并保证顶部加压盘上端面水平；(9)调整各构件的位置，保证中心位置对准后，安装并拧紧螺母；(10)在围岩试件上标记声发射传感器安装点位处再次标记在外橡胶膜表面，方便更清楚的观察点位的位置；(11)在外橡胶膜标记处安装声发射传感器，并使用压敏胶带进行固定。步骤三、三向初始应力加载密封装置安装完成后置于小型巷道围岩试件加、卸载腔内，将进油管和出油管分别连接进油口接头和出油口接头，并打开内腔压力控制系统，打开SAM-3000型微机控制电液伺服岩石三轴试验机的控制系统、液压系统、数据采集系统，打开声发射采集系统，打开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涉及模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：包括底部加压盘(1)、围岩试件(2)、钢垫片(3)、顶部密封盘(4)、顶部加压盘(5)、密封固定杆(6)，其中：/n底部加压盘(1)包含凹槽I(11)、高压五针接线柱I(12)、数据传输线I(13)，底部加压盘(1)底部伸出的两翼上预设螺纹孔I(14)；/n外部包裹外橡胶膜(21)的围岩试件(2)上设有应变片(22)及声发射传感器(23)，放置在所述底部加压盘(1)的正上方，其特征在于：所述围岩试件(2)内部预设有开孔巷道(24)，在开孔巷道(24)内放置内橡胶膜(25)，正上方放置钢垫片(3)；/n顶部密封盘(4)侧面含有凹槽II(41)及凹槽III(42)，放置在钢垫片(3)正上方；/n顶部加压盘(5)含有放置密封圈(53)的凹槽IV(54)，其特征在于：所述顶部加压盘(5)一侧设有进油口接头(51)另一侧设有出油口接头(52)，顶部伸出的两翼上预设螺纹孔II(54)，使用两端刻有螺纹(62)的密封固定杆(6)及螺母(61)固定底部加压盘(1)和顶部加压盘(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种涉及模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：包括底部加压盘(1)、围岩试件(2)、钢垫片(3)、顶部密封盘(4)、顶部加压盘(5)、密封固定杆(6)，其中：
底部加压盘(1)包含凹槽I(11)、高压五针接线柱I(12)、数据传输线I(13)，底部加压盘(1)底部伸出的两翼上预设螺纹孔I(14)；
外部包裹外橡胶膜(21)的围岩试件(2)上设有应变片(22)及声发射传感器(23)，放置在所述底部加压盘(1)的正上方，其特征在于：所述围岩试件(2)内部预设有开孔巷道(24)，在开孔巷道(24)内放置内橡胶膜(25)，正上方放置钢垫片(3)；
顶部密封盘(4)侧面含有凹槽II(41)及凹槽III(42)，放置在钢垫片(3)正上方；
顶部加压盘(5)含有放置密封圈(53)的凹槽IV(54)，其特征在于：所述顶部加压盘(5)一侧设有进油口接头(51)另一侧设有出油口接头(52)，顶部伸出的两翼上预设螺纹孔II(54)，使用两端刻有螺纹(62)的密封固定杆(6)及螺母(61)固定底部加压盘(1)和顶部加压盘(5)。


2.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：高压五针接线柱I(12)数量为6个，对称分布在底部加压盘(1)侧面，数据传输线I(13)的数量为30根，一端连接围岩试件(2)上的应变片(22)，另一端连接导出应变数据。


3.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：预设螺纹孔I(14)的数量为两个，对称分布。


4.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖的岩体内...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁金平，侯公羽，荆浩勇，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11