一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置及方法，包括：支架：支架设有加载件，用于对其内部的围岩试样施加围压荷载；升降板：与升降驱动件连接，升降驱动件固定在支架上，升降驱动件能够带动升降板在围岩试样内预留的升降缝内做升降运动，从而改变升降板与围沿试样隧洞中的预制块的接触面积，模拟隧道开挖过程；供水机构：包括水箱，水箱能够与支架内部围岩试样贴合设置并且与支架锁紧固定，水箱设有与隧洞相匹配的出水口，水箱能够通过泵体与外部水源连接，采用本发明专利技术的试验装置能够模拟水岩耦合作用下垮塌灾害模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置及方法
本专利技术涉及岩土工程试验设备
，具体涉及一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置及方法。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。隧道施工过程中经常遭遇断层、节理等非连续地质体，极易诱发隧道围岩垮塌灾害。特别是在地下水作用下，岩体结构面强度弱化，进一步加剧了隧道围岩垮塌灾害。隧道围岩垮塌灾害具有高突发性、强致灾性，轻则造成设备砸毁，造成经济损失，重则造成施工人员死亡，造成恶劣社会影响。因此，亟待开展水岩耦合作用下的隧道围岩垮塌灾害演化机理研究，为灾害防控提供理论依据。专利技术人发现，现阶段，针对水岩耦合作用下的隧道围岩垮塌灾害模拟多采用数值模拟，现有试验装置难以实现水岩耦合作用下的隧道围岩垮塌灾害全过程模拟，难以有效揭示水岩耦合作用下的隧道围岩垮塌灾变机理。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置，可有效模拟水岩耦合作用下的隧道围岩垮塌灾害、监测隧道围岩垮塌灾害前兆响应信息、揭示隧道围岩垮塌灾害前兆响应规律。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术的实施例提供了一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置，包括：支架：支架设有加载件，用于对其内部的围岩试样施加围压荷载；升降板：与升降驱动件连接，升降驱动件固定在支架上，升降驱动件能够带动升降板在围岩试样内预留的升降缝内做升降运动，从而改变升降板与围沿试样隧洞中的预制块的接触面积，模拟隧道开挖过程。供水机构：包括水箱，水箱能够与支架内部围岩试样贴合设置并且与支架锁紧固定，水箱设有与隧洞相匹配的出水口，水箱能够通过泵体与外部水源连接。可选的，还包括用于埋设在预制块内部的位移变形检测元件和压力检测元件。可选的，还包括用于设置在预制块外部、围岩试样的隧洞内部的变形检测元件和温度检测元件。可选的，所述支架采用门型结构，支架的顶部安装有多个加载件，多个加载件的加载部与加载板连接，支架的侧部安装有多个加载件，多个加载件的加载部与加载板连接。可选的，所述泵体与水箱之间的管路安装有稳压器。可选的，所述水箱用于与围岩试样接触的箱壁外侧面设置有密封垫。第二方面，本专利技术的实施例提供了一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置的工作方法，所述升降板为一整块板，包括以下步骤：在支架内浇注的围岩试样的隧洞内放入预制块，升降驱动件带动升降板在围岩试样预留的升降缝内运动，使得预制块的一侧端面完全与升降板接触。加载件工作，对围岩试样施加围压荷载；泵体工作，外部水源的水通过出水口对预制块施加水压荷载。升降驱动件带动升降板分步下降，直至在水压荷载的作用下预制块出现垮塌现象。第三方面，本专利技术的实施例提供了一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置的工作方法，所述升降板由沿隧洞横向排布的第一升降板部和第二升降板部拼接构成，第一升降板部和第二升降板部均连接升降驱动件，包括以下步骤：在支架内浇注的围岩试样的隧洞内放入预制块，升降驱动件带动升降板在围岩试样预留的升降缝内运动，使得预制块的一侧端面完全与升降板接触。加载件工作，对围岩试样施加围压荷载；泵体工作，外部水源的水通过出水口对预制块施加水压荷载。升降驱动件带动第一升降板部分步下降，升降驱动件带动第二升降板分步下降，直至在水压荷载的作用下预制块出现垮塌现象。可选的，所述预制块与隧洞形状相匹配，由多个块体组装而成，相邻块体之间设置有密封胶。可选的，所述预制块的外侧面涂抹有密封胶，预制块通过密封胶与隧洞的动壁接触。本专利技术的有益效果：1.本专利技术的试验装置，具有加载件，能够对围岩试样施加围压荷载，具有供水机构，能够向围岩试样隧洞内的预制块施加水压荷载，从而实现了水岩耦合作用下隧道围岩垮塌灾害的全过程演化模拟，整个试验过程可视化，能够有效揭示水岩耦合作用下的隧道围岩垮塌灾变机理，为相关理论研究提供了硬件基础。2.本专利技术的试验装置，通过设置升降板，能够有效模拟隧道的开挖施工过程，更加符合真实的施工过程，模拟试验结果更准确并具有参考价值。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。图1为本专利技术实施例1整体结构示意图；图2为本专利技术实施例1整体结构主视图；图3为本专利技术实施例1升降板及预制块配置示意图；其中，1.支架，2.加载件，3.加载板，4.升降板，5.水箱，6.管路，7.水泵，8.三维激光扫描仪，9.红外热成像仪，10.控制系统，11.上位计算机，12.围岩试样，13.预制块，14.密封胶,15.升降驱动件。具体实施方式实施例1本实施例公开了一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置，如图1-图3所示，包括支架1，所述支架内部用于放置浇注而成的围岩试样，所述支架采用门型结构，支架固定在底座上，支架包括水平部和固定在水平部两端的竖直部，所述竖直部底端与底座固定连接，顶端与水平部的端部固定连接。本实施例中，所述水平部和竖直部采用具有设定厚度的钢板制作而成或采用框架式结构。需要满足设定的强度要求，以免加载件的反力造成水平部和竖直部的变形。为了方便对支架内部的围岩试样进行浇注，所述竖直部与水平部采用可拆卸连接的方式进行固定连接，在一种实施方式中，竖直部和水平部的端部均设置有连接板，连接板上设置有固定孔，所述竖直部和水平部通过螺栓、螺母及固定孔进行固定连接。为了模拟围岩所受荷载，在支架上安装多个加载件2，所述加载件用于对浇注在支架内部的围岩试样施加围压荷载。本实施例中，所述支架的水平部的下底面固定有多个加载件，用于对围岩试样的顶部施加竖向荷载，在一种实施方式中，所述加载件采用液压千斤顶，能够施加较大的荷载，液压千斤顶设置多排，每排具有多个液压千斤顶，为了保证对围岩试样施加荷载的均匀，多个液压千斤顶的加载部与加载板3连接，通过加载板对围岩试样顶部施加竖向荷载。所述竖直部的内侧面固定有多个加载件，所述加载件用于对围岩试样的侧面施加水平荷载。在一种实施方式中，所述加载件采用液压千斤顶，液压千斤顶设置多排，每排具有多个液压千斤顶，为了保证对围压试样施加均匀的水平荷载，多个液压千斤顶的加载部与加载板连接，液压千斤顶通过加载板对围岩试样施加水平荷载。通过竖直部和水平部上的液压千斤顶，实现了对围岩试样施加围压荷载，实现了模拟围岩荷载。同时采用多个液压千斤顶，能够对竖直部和水平部施加较为均匀的反力，不会使得竖直部和水平部受集中荷载，避免了竖直部和水平部产生变形。在其他一些实施方式中，所述加载件也可采用其他种类的千斤顶或其他类型的能够输出压力的设备，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。所述试验装置还包括升降板4，所述升降板的形状可根据所需要模拟的施工开挖方法进行设置，所述升降板与升降驱动件连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置，其特征在于，包括：/n支架：支架设有加载件，用于对其内部的围岩试样施加围压荷载；/n升降板：与升降驱动件连接，升降驱动件固定在支架上，升降驱动件能够带动升降板在围岩试样内预留的升降缝内做升降运动，从而改变升降板与围沿试样隧洞中的预制块的接触面积，模拟隧道开挖过程；/n供水机构：包括水箱，水箱能够与支架内部围岩试样贴合设置并且与支架锁紧固定，水箱设有与隧洞相匹配的出水口，水箱能够通过泵体与外部水源连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置，其特征在于，包括：
支架：支架设有加载件，用于对其内部的围岩试样施加围压荷载；
升降板：与升降驱动件连接，升降驱动件固定在支架上，升降驱动件能够带动升降板在围岩试样内预留的升降缝内做升降运动，从而改变升降板与围沿试样隧洞中的预制块的接触面积，模拟隧道开挖过程；
供水机构：包括水箱，水箱能够与支架内部围岩试样贴合设置并且与支架锁紧固定，水箱设有与隧洞相匹配的出水口，水箱能够通过泵体与外部水源连接。


2.如权利要求1所述的一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置，其特征在于，还包括用于埋设在预制块内部的位移变形检测元件和压力检测元件。


3.如权利要求1所述的一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置，其特征在于，还包括用于设置在预制块外部、围岩试样的隧洞内部的变形检测元件和温度检测元件。


4.如权利要求1所述的一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置，其特征在于，所述支架采用门型结构，支架的顶部安装有多个加载件，多个加载件的加载部与加载板连接，支架的侧部安装有多个加载件，多个加载件的加载部与加载板连接。


5.如权利要求1所述的一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置，其特征在于，所述泵体与水箱之间的管路安装有稳压器。


6.如权利要求1所述的一种隧道围岩垮塌灾害模拟试验装置，其特征在于，所述水箱用于与围岩试样接触的箱壁外侧面设置有密封垫。


7.一种权利要求1所述的隧...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪亮，范宏运，李利平，周宗青，成帅，李术才，张延欢，杨光宇，冀笑瑀，刘洋，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37