地下工程动力破坏模拟试验系统与方法技术方案

本发明专利技术提供地下工程动力破坏模拟试验系统与方法，涉及岩爆控制物理模拟试验领域，包括岩爆相似模拟材料双因素评价，岩爆模拟试验系统多参量选择，隧巷道模型逆序组合搭建，试验结果监测及综合评价反馈。岩爆相似模拟材料双因素评价为通过综合考虑强度和岩爆现象进行相似材料选择和配比选择。岩爆模拟试验系统多参量选择包括加载装置选择、反力装置选择、监测体系选择、系统保护装置选择。隧巷道模型逆序组合搭建包括隧道物理模型组合搭建和巷道物理模型逆序搭建。试验结果监测及综合评价反馈包括试验结果监测及反馈优化。能够实现地下工程岩爆现象成功模拟和模拟过程监测数据的精准采集。的精准采集。的精准采集。

【技术实现步骤摘要】
地下工程动力破坏模拟试验系统与方法


[0001]本专利技术涉及岩爆控制物理模拟试验领域，具体涉及地下工程动力破坏模拟试验系统与方法。

技术介绍

[0002]随着地下工程不断向深部发展，深埋矿山巷道、深埋隧道的建设已经成为工程建设中的最为常见的工程类型。由于埋深大，建设过程面临着高地应力、特殊地质条件等问题，在高应力与特殊地质条件影响下，常导致岩爆现象的发生，造成了大量的人员伤亡和经济损失。物理模拟试验是研究地下工程灾变机理与控制方法的有效手段，如何模拟岩爆现象的发生和控制是成功开展岩爆物理模拟试验至关重要的因素。目前在岩爆物理试验模拟方面存在以下不足：1. 目前的模型试验相似材料在加载条件下，发生的主要为大变形破环，无法产生岩爆现象。缺乏能够成功模拟岩爆现场的相似材料。
[0003]2. 无法提前考虑预制隧巷道。隧巷道主要通过开挖模型体制成，对于隧巷道断面形状无法做到精准把控，且容易把提前埋设的监测元件的信号传输线破坏。
[0004]3. 模型试验系统无法提供能使相似材料发生岩爆现象的加载能力，对于岩爆后的试验现象和试验数据无法有效收集。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供地下工程动力破坏模拟试验系统与方法，通过制作不同配比的多种骨料与复合材料、粘结剂的相似配备试件，并进行试验获取满足需求的相似配比材料，在模型试验系统外制作隧道、巷道模型体，还原现场支护顺序，保护预埋传输线，并进行模拟过程中数据的准确采集。
[0006]本专利技术的第一目的是提供一种地下工程动力破坏模拟试验系统，采用以下方案：包括：加载装置，安装于反力装置，并能够对模型加载；监测装置，分布在待试验的模型上，监测模型内部岩爆现象及围岩应力；模型采用相似材料和配比并通过模型搭建系统获取，于加载装置作用下模拟岩爆现象。
[0007]进一步地，还包括保护装置，监测系统受力状态，对应力集中或变形值进行预警。
[0008]本专利技术的第二目的是提供一种地下工程动力破坏模拟试验方法，采用以下方案：包括：基于强度测试和岩爆现象测试对岩爆物理模拟进行相似材料选择和配比选择；建立岩爆模拟试验系统，并对其加载装置、反力装置和检测体系进行配置；基于选择的相似材料和配比制作隧道模型体和巷道模型体，并通过岩爆模拟试验系统对隧道模型体和巷道模型体分别进行试验；
采集试验过程中的数据，获取试验结果反馈优化岩爆模拟相似材料和岩爆模拟试验系统。
[0009]进一步地，所述强度测试为选择多种相似材料与设计配比进行组合并制作试件，对试件进行抗压强度试验获取抗压强度试验数据，所述岩爆现象测试为对试件进行三面围压加载下的岩爆现象测试试验，获取岩爆试验效果数据。
[0010]进一步地，依据岩爆现象碎屑掉落范围对岩爆试验效果分级，对每次岩爆现象测试试验的结果判定等级并记录。
[0011]进一步地，基于强度测试和岩爆现象测试建立岩爆模拟相似材料确定指标，以指标最大为基准确定相似材料选择和配比选择。
[0012]进一步地，所述岩爆模拟试验系统还包括系统保护装置，同时考虑动载、循环荷载、反力装置强度、装置保护、试验数据和效果监测建立岩爆模拟试验系统。
[0013]进一步地，所述隧道模型体搭建包括：布置模型制作盒，使模型制作盒非封闭面的法线与水平x轴或y轴重合，模型制作盒内z向为隧道走向；模型制作盒内表面进行减摩处理，于模型制作盒内进行分步填料、埋设支护构件和埋设监测元件；待模型制作盒内的隧道模型体干燥成型后拆模，抽出隧道断面成型模具，获取隧道模型体。
[0014]进一步地，所述模型制作盒由多块可拆卸成型板拼接而成，模型制作盒一侧面开口，侧面开口位置配合有多块可拆卸挡板；分布填料时采用断面成型模具。
[0015]进一步地，所述巷道模型体搭建包括：顶面开口的主体仓和底板仓内表面均进行减摩处理；在主体仓内将顶板按设计厚度完全填实，并将顶板监测元件与支护构件预埋在顶板内；将两块巷道成型板在设定位置放置，巷道成型板开设锚索自由端通孔；完成帮部围岩填料和锚杆、监测元件埋设，并在两巷道成型板间安装预紧固定装置；在可拆卸底板仓内，将所有体积填满，并压实；调整主体仓和底板仓并将二者开口对接合并，调整姿态后等待巷道模型体成型后，取出巷道成型板并脱模，获取巷道模型体。
[0016]进一步地，调整主体仓和底板仓包括：将主体仓反转90
°
，使得主体仓的开口面的法线与水平面x轴或y轴重合；将底板仓反转90
°
，使得底板仓的开口面的法线与主体仓的法线共线；将主体仓和底板仓的开口面合并后，以可拆卸加载仓为底，整体反转90
°
后等待巷道模型体成型。
[0017]进一步地，采集试验过程中的数据包括通过高速摄像机拍摄图像、围岩应力、锚索受力数据，分析对岩爆现象模拟的准确性。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：（1）通过制作不同配比的多种骨料与复合材料、粘结剂的相似配备试件，开展单轴抗压强度及岩爆现象测试试验，得到符合发生岩爆要求的相似配比材料。
[0019]（2）进行预制模型体制作工艺及流程的设计，能够保证在模型试验系统外将设计形状的隧巷道模型制作完成，且能还原现场支护顺序，准确模拟隧巷道断面形状，保护预埋监测构建数据传输线。
[0020]（3）提供了能够满足岩爆相似材料发生岩爆条件的模型试验系统，实现岩爆现象成功模拟和模拟过程监测数据的精准采集。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1为本专利技术实施例1和2中地下工程动力破坏模拟试验系统与方法的示意图。
[0023]图2为本专利技术实施例1和2中隧道模型制作盒的结构示意图。
[0024]图3为本专利技术实施例1和2中主体仓及底板仓的结构示意图。
[0025]图4为本专利技术实施例1和2巷道成型板的结构示意图。
[0026]图中，1 模型制作盒，2可拆卸挡板，3 可拆卸成型板，4主体仓，5 巷道成型板，6 支护构件通孔。
具体实施方式
[0027]实施例1本专利技术的一个典型实施例中，如图1
‑
图4所示，给出一种地下工程动力破坏模拟试验系统。
[0028]目前深埋的地下工程由于埋深大，建设过程面临着高地应力、特殊地质条件等问题，在高应力与特殊地质条件影响下，常导致岩爆现象的发生。而目前模拟岩爆现象的发生和控制还存在一些不足，目前的模型试验相似材料在加载条件下，发生的主要为大变形破环，无法产生岩爆现象，同时，对于岩爆后的试验现象和试验数据无法有效收集。
[0029]基于此，本实施例中提供一种地下工程动力破坏模拟试验系统，提供了能够满足岩爆相似材料发生岩爆条件的模型试验系统，实现岩爆现象成功模拟和模拟过程监测数据的精准采集。
[0030]下面，结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.地下工程动力破坏模拟试验系统，其特征在于，包括：加载装置，安装于反力装置，并能够对模型加载；监测装置，分布在待试验的模型上，监测模型内部岩爆现象及围岩应力；模型采用相似材料和配比并通过模型搭建系统获取，于加载装置作用下模拟岩爆现象。2.如权利要求1所述地下工程动力破坏模拟试验系统，其特征在于，还包括保护装置，监测系统受力状态，对应力集中或变形值进行预警。3.地下工程动力破坏模拟试验方法，其特征在于，包括：基于强度测试和岩爆现象测试对岩爆物理模拟进行相似材料选择和配比选择；建立岩爆模拟试验系统，并对其加载装置、反力装置和检测体系进行配置；基于选择的相似材料和配比制作隧道模型体和巷道模型体，并通过岩爆模拟试验系统对隧道模型体和巷道模型体分别进行试验；采集试验过程中的数据，获取试验结果反馈优化岩爆模拟相似材料和岩爆模拟试验系统。4.如权利要求3所述的地下工程动力破坏模拟试验方法，其特征在于，所述强度测试为选择多种相似材料与设计配比进行组合并制作试件，对试件进行抗压强度试验获取抗压强度试验数据，所述岩爆现象测试为对试件进行三面围压加载下的岩爆现象测试试验，获取岩爆试验效果数据。5.如权利要求3所述的地下工程动力破坏模拟试验方法，其特征在于，依据岩爆现象碎屑掉落范围对岩爆试验效果分级，对每次岩爆现象测试试验的结果判定等级并记录。6.如权利要求4或5所述的地下工程动力破坏模拟试验方法，其特征在于，基于强度测试和岩爆现象测试建立岩爆模拟相似材料确定指标，以指...

【专利技术属性】
技术研发人员：江贝，马玉琨，徐奴文，章冲，蒋振华，王帅，
申请(专利权)人：山东能源集团有限公司北京数字岩石科技有限公司北京力岩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：