本发明专利技术公开了一种用于土石混合体隧道围岩开挖卸荷模拟试验装置及模拟试验方法，包括底座组件、组合装样辅助系统、橡皮膜、应变片、微机控制电液伺服加载系统、顶压组件和水压计。组合装样辅助系统包括空腔组件和放料组件，通过放料组件能将不同粒径块石与土在下落至装样腔内时均匀混合于空腔组件内，微机控制电液伺服加载系统能对试样施加外部围压、内部围压、轴向压力和扭转剪力。本发明专利技术可以制备块石分布均匀，无过大孔隙的饱和土石混合体空心圆柱试样；较为真实地模拟与再现土石混合体隧道围岩的开挖卸荷效应；实时记录试样各相关力学参数变化，反映隧道开挖时土石混合体围岩的损伤演化过程。损伤演化过程。损伤演化过程。
【技术实现步骤摘要】
一种用于土石混合体隧道围岩开挖卸荷模拟试验装置及模拟试验方法
[0001]本专利技术涉及岩土工程试验领域，具体涉及一种用于土石混合体隧道围岩开挖卸荷模拟试验装置及模拟试验方法。
技术介绍
[0002]随着城市规模的不断发展，我国轨道交通建设如火如荼。重庆等西南山地城市因建设过程中采用“高挖低填”的整平方式，存在大量结构松散、孔隙率大、强度较低、工程性能很差的深厚土石混合回填区，进行轨道交通建设时隧道开挖，将不可避免地穿越这些深厚的土石混合体回填土区。与普通固结土体中隧道开挖不同，回填土中隧道施工过程中，因土体强度低，成洞条件差，围岩受力复杂，开挖扰动后自稳能力差、自稳时间短，施工过程中易发生塌方、大变形、地表沉降过大等灾害。然而，由于对土石混合体围岩工程性质的认知不足，隧道开挖过程中其卸荷效应及损伤演化机理上不清晰，施工时所采用的支护手段大多依托于以往的工程经验，保留了过多的安全余量，造成浪费的同时还存在一定的安全隐患。此外，缺乏对土石混合体围岩卸荷变形的把控还会影响工期，增加成本。
[0003]因此，针对下穿欠固结深厚土石混合回填土区隧道开挖过程中围岩卸荷效应及损伤演化机理上，存在若干问题有待进一步研究。但目前关于土石混合体力学特性的研究大多以直剪或三轴压缩试验的形式开展，不能模拟围岩内部开挖产生的卸荷效应和主应力转向；而现有的研究隧道围岩卸荷变形的设备主要适用于纯土或纯石，难以应用于土石混合体这类高度离散的不均匀介质，试样制备困难，加之土石混合体本身受尺寸效应影响较大等缺陷，直接开展研究会进一步放大土石之间的极端物理性质差异，导致研究结果存在较大误差。
[0004]鉴于此，有必要专利技术一种土石混合体隧道围岩开挖卸荷模拟的试验装置，配备较为成熟的制样方案，来制备块石分布均匀、无过大孔隙的饱和土石混合体空心圆柱试样；较为真实地模拟与再现土石混合体隧道围岩的开挖卸荷效应；实时记录试样各相关力学参数变化，反映隧道开挖时土石混合体围岩的损伤演化过程。
技术实现思路
[0005]针对以上现有技术的不足，本专利技术提出一种用于土石混合体隧道围岩开挖卸荷模拟试验装置及模拟试验方法，以解决上述
技术介绍
中提到的现有技术难以制备块石分布均匀、无过大孔隙的饱和土石混合体空心圆柱试样，并且难以较为真实地模拟与再现土石混合体隧道围岩的开挖卸荷效应的技术问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种用于土石混合体隧道围岩开挖卸荷模拟试验装置，包括底座组件、组合装样辅助系统、橡皮膜、应变片、微机控制电液伺服加载系统、顶压组件和水压计；
[0008]所述组合装样辅助系统包括空腔组件和放料组件；所述空腔组件包括内装样套
筒、外装样套筒和透水石；所述内装样套筒和所述外装样套筒同轴地设于所述底座组件上，并在其二者之间形成装样腔，所述内装样套筒内形成内压腔，所述外装样套筒外壁与所述底座组件形成外压腔；所述透水石设于所述底座组件上，并位于所述内装样套筒和所述外装样套筒之间；
[0009]所述橡皮膜设有两个，一所述橡皮膜可拆卸套地设于所述内装样套筒的外壁，另一所述橡皮膜可拆卸地套设与所述外装样套筒的内壁，并在其外表面设有所述应变片；
[0010]所述放料组件可拆卸地设于所述装样腔内，所述放料组件能使不同粒径块石与土在下落至所述装样腔内时均匀混合；
[0011]所述装样腔内装样完成后，拆卸所述放料组件并安装所述顶压组件，使所述内压腔和所述外压腔分别形成密闭空间；
[0012]所述水压计设有多个并能分别测量两所述橡皮膜外侧空间的压力，所述顶压组件上还设有可关闭的排气孔；
[0013]所述微机控制电液伺服加载系统与所述装样腔及所述装样腔外的两封闭空间相连，所述微机控制电液伺服加载系统能同时对所述装样腔施加外部围压、内部围压、轴向压力和扭转剪力。
[0014]由上可知，本申请中，不同粒径的块石与土下落至装样腔内时能在装样腔内均匀混合，即装样结束后，装样腔内试样能够石分布均匀、无过大孔隙；装样结束后，拆卸组合装样辅助系统，待橡皮膜内的试样稳固后，安装顶压组件和水压计，并通过微机控制电液伺服加载系统对装样腔施加外部围压、内部围压、轴向压力和扭转剪力，从而较为真实地模拟与再现土石混合体隧道围岩的开挖卸荷效应。
[0015]进一步地，所述底座组件包括仪器基座、底部密封盘、刚性外壁和试样底座；所述底部密封盘设于所述仪器基座上，所述刚性外壁立设于所述底部密封盘底部密封盘上，所述刚性外壁与所述外装样套筒外壁之间形成所述外压腔，所述刚性外壁的顶端可拆卸地设有所述顶压组件；所述试样底座设于所述底部密封盘上，所述内装样套筒和所述外装样套筒分别同轴地设于所述试样底座上，所述底部密封盘上设有多个通液管道，所述通液管道一端与所述微机控制电液伺服加载系统，另一端与所述外压腔或穿过所述试样底座与所述内压腔连通，所述微机控制电液伺服加载系统能控制所述内压腔和所述外压腔的进水量。
[0016]进一步地，所述微机控制电液伺服加载系统包括外压伺服控制机、内压伺服控制机、反压伺服控制机和扭剪控制机；所述外压伺服控制机通过所述通液管道和所述外压腔相连，并能控制所述外压腔的进水量；所述内压伺服控制机通过所述通液管道和所述内压腔相连，并能控制所述内压腔的进水量；所述反压伺服控制机穿过所述试样底座和所述透水石相连，并能给予所述装样腔竖向的压力；所述扭剪控制机和所述试样底座相连，并能带动所述试样底座转动。
[0017]进一步地，所述放料组件包括装样漏斗和物料筒；所述物料筒可拆卸地设于所述装样腔内，所述漏斗设有多个，并分别设于所述物料筒上，所述漏斗和所述物料筒相连通。
[0018]进一步地，所述顶压组件包括顶部密封盘、顶压板和反力框架；所述顶部密封盘可拆卸地设于所述刚性外壁顶端，并能抵接所述装样腔顶端，所述顶压板设于所述顶部密封盘上，并通过所述反力框架和所述仪器底座相连。
[0019]进一步地，所述装样漏斗内还设有漏斗隔板。
[0020]进一步地，所述刚性外壁外还设有紧箍套。
[0021]进一步地，所述底部密封盘和所述试样底座上还分别设有集液槽，所述集液槽与所述通液管道相连通。
[0022]进一步地，所述装样套筒上还设有刻度。
[0023]本专利技术的有益效果在于：
[0024](1)本专利技术利用组合装样辅助系统，通过控制装样时机，使不同粒径块石与土在下落时均匀混合，无过大孔隙，克服了土石混合体力学试验中试样内部块石分布局部集中，孔隙过大的缺陷。
[0025](2)本专利技术可以通过外压伺服控制系统、内压伺服控制系统和反压伺服控制系统控制土石混合体空心圆柱体试样的应力状态，较为真实地模拟与再现土石混合体隧道围岩的开挖卸荷效应，反映隧道开挖时土石混合体围岩的损伤演化过程。
[0026](3)本专利技术可以通过扭剪控制系统施加扭矩，以模拟开挖过程中产生的主应力转向。
[0027](4)本专利技术在装样时可以通过装样套筒上的刻度控制每次装本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于土石混合体隧道围岩开挖卸荷模拟试验装置，其特征在于，包括底座组件、组合装样辅助系统、橡皮膜、应变片、微机控制电液伺服加载系统、顶压组件和水压计；所述组合装样辅助系统包括空腔组件和放料组件；所述空腔组件包括内装样套筒、外装样套筒和透水石；所述内装样套筒和所述外装样套筒同轴地设于所述底座组件上，并在其二者之间形成装样腔，所述内装样套筒内形成内压腔，所述外装样套筒外壁与所述底座组件形成外压腔；所述透水石设于所述底座组件上，并位于所述内装样套筒和所述外装样套筒之间；所述橡皮膜设有两个，一所述橡皮膜可拆卸套地设于所述内装样套筒的外壁，另一所述橡皮膜可拆卸地套设与所述外装样套筒的内壁，并在其外表面设有所述应变片；所述放料组件可拆卸地设于所述装样腔内，所述放料组件能使不同粒径块石与土在下落至所述装样腔内时均匀混合；所述装样腔内装样完成后，拆卸所述放料组件并安装所述顶压组件，使所述内压腔和所述外压腔分别形成密闭空间；所述水压计设有多个并能分别测量两所述橡皮膜外侧空间的压力，所述顶压组件上还设有可关闭的排气孔；所述微机控制电液伺服加载系统与所述装样腔及所述装样腔外的两封闭空间相连，所述微机控制电液伺服加载系统能同时对所述装样腔施加外部围压、内部围压、轴向压力和扭转剪力。2.根据权利要求1所述的一种用于土石混合体隧道围岩开挖卸荷模拟试验装置，其特征在于，所述底座组件包括仪器基座、底部密封盘、刚性外壁和试样底座；所述底部密封盘设于所述仪器基座上，所述刚性外壁立设于所述底部密封盘上，所述刚性外壁与所述外装样套筒外壁之间形成所述外压腔，所述刚性外壁的顶端可拆卸地设有所述顶压组件；所述试样底座设于所述底部密封盘上，所述内装样套筒和所述外装样套筒分别同轴地设于所述试样底座上，所述底部密封盘上设有多个通液管道，所述通液管道一端与所述微机控制电液伺服加载系统，另一端与所述外压腔或穿过所述试样底座与所述内压腔连通，所述微机控制电液伺服加载系统能控制所述内压腔和所述外压腔的进水量。3.根据权利要求2所述的一种用于土石混合体隧道围岩开挖卸荷模拟试验装置，其特征在于，所述微机控制电液伺服加载系统包括外压伺服控制机、内压伺服控制机、反压伺服控制机和扭剪控制机；所述外压伺服控制机通过所述通液管道和所述外压腔相连，并能控制所述外压腔的进水量；所述内压伺服控制机通过所述通液管道和所述内压腔相连，并能控制所述内压腔的进水量；所述反压伺服控制机穿过所述试样底座和所述透水石相连，并能给予所述装样腔竖向的压力；所述扭剪控制机和所述试样底座相连，并能带动所述试样底座转动。4.根据权利要求3所述的一种用于土...
【专利技术属性】
技术研发人员：李诗琪，杨忠平，李绪勇，刘浩宇，赵茜，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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