一种用于测试支护—围岩相互作用的试验台架制造技术

本发明专利技术提供一种用于测试支护—围岩相互作用的试验台架，在台架后方设置有自动开挖装置，在试验填料完成之后，通过液压加载装置施加各种复杂条件的原始地应力；衬砌由6片独立的管片组成，通过控制管片的径向伸缩可自由控制隧道周边不同位置处的变形大小；本发明专利技术的6片衬砌上均安装有位移传感器、压力传感器，并通过数字化监测系统，实时监测不同部位的围岩压力与变形值，从而精确地绘制出支护

【技术实现步骤摘要】
一种用于测试支护
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围岩相互作用的试验台架


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，尤其涉及一种用于测试支护—围岩相互作用的试验台架。

技术介绍

[0002]由于我国地质条件的复杂多变性以及隧道力学理论研究的不完善性等原因，使得适合我国国情的隧道建造设计理论与施工工法无法系统形成。目前主要存在以下几个方面的问题：(1)理论与试验研究过于注重岩体自身的结构性与材料特性，而低估了支护
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围岩之间复杂的相互作用行为。目前尚无试验台架可以准确模拟不同变形条件下的围岩荷载传递。(2)其他基础学科的发展提高了隧道建设的水平，但也对隧道工程自身的学科发展提出了更高的要求。例如，工程界现在普遍关注的信息化施工与人工智能化施工仍受到隧道学科理论基础落后的制约。而支护
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围岩相互作用的研究作为隧道支护结构设计与围岩加固智能化施工的基础，还远远无法为其提供有力支撑，从而导致目前的信息化施工仍在很大程度上依赖于工程经验，这不仅影响建设成本的经济性同时也为隧道的安全性埋下隐患。
[0003]岩土工程问题的极其复杂性，在目前尚难以用理论研究或数值模拟得到满意解答，现场原位监测受复杂环境影响，边界条件不明确，监测信息不准确，采用物理模型试验研究方法则可较好的解决。目前现有的支护
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围岩试验台架通常仅能模拟隧道结构被动受力变形的实验工况，其缺陷主要包括：(1)既有的台架需要在地应力加载前，事先开挖好隧道并放置衬砌结构，这使得无法对原始地应力场进行精确模拟。同时既有台架的地应力加载装置不相互独立，仅能实现简单应力条件下的加载。(2)既有的台架仅在上侧与左右两侧设置液压加载装置，内部衬砌不放置液压加载系统而直接采用石膏等相似材料制作成实体结构，无法主动控制隧道周边围岩的变形情况，难以捕捉到支护
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围岩动态作用的全过程动态演化特征。(3)既有台架需要在实验材料中额外布置应力与位移传感器，不仅操作不方便，而且测量精度不高，同时在实验材料中布置监测线路会破坏材料本身的结构性，造成试验结果的偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例提供了一种用于测试支护—围岩相互作用的试验台架，用于解决现有技术中存在的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0006]一种用于测试支护—围岩相互作用的试验台架，包括挡板结构、加载系统、挖掘系统和控制系统；
[0007]所述挡板结构用于装载岩土样；所述加载系统包括相互驱动连接的多组加载装置和伺服液压机；所述伺服液压机还与所述控制系统相连接；所述加载机构与所述挡板结构相连接，用于分别从岩土样的顶部和侧部向岩土样加载压力；
[0008]所述挖掘系统包括推进装置、掘进转轴和掘进刀盘，所述推进装置通过所述掘进
转轴与所述掘进刀盘驱动连接；所述掘进刀盘用于穿过所述挡板结构的侧部与岩土样相接触，所述推进装置用于驱动所述掘进刀盘在岩土样中掘进；
[0009]所述掘进刀盘包括沿轴向依次布置的刀盘头和衬砌装置；所述刀盘头位于所述掘进刀盘的前端；所述衬砌装置用于向岩土样施力，所述刀盘头和衬砌装置分别具有应力传感器和位移传感器，用于向所述控制系统传输所述掘进刀盘在掘进时的应力信息和位移信息；
[0010]所述控制系统包括中控单元和压力传感器，所述压力传感器用于获取所述加载装置施加的压力信息，并向所述中控单元传输；所述中控单元用于：控制所述伺服液压机驱动所述加载装置施加相同或不同的压力；基于接收的应力信息和压力信息，绘制并输出支护—围岩特性曲线。
[0011]优选地，所述挡板结构包括基台，第一侧板、多块第二侧板，以及顶板；所述第一侧板和第二侧板安装在所述基台上，共同构成用于装载岩土样的箱型结构，所述顶板安装在所述箱型结构的顶部；所述的多组加载装置分别安装在所述箱型结构两侧的所述第二侧板上，以及所述顶板上；
[0012]所述第一侧板为可视性侧板，所述第一侧板还具有用于所述掘进刀盘穿过的掘进孔。
[0013]优选地，所述箱型结构的两侧的所述第二侧板上各安装5组所述加载装置。
[0014]优选地，所述衬砌装置包括芯部、多个控制杆和衬砌管片，所述控制杆与所述衬砌管片一一对应地相连接，并且相互连接的所述控制杆与所述衬砌管片沿周向环绕所述芯部布设；所述控制杆用于控制所述衬砌管片向岩土样施力；每个所述衬砌管片具有多个所述应力传感器和位移传感器。
[0015]优选地，所述衬砌管片具有用于接触岩土样的弧形面，每个所述衬砌管片内，多个所述应力传感器沿所述弧形面的轴向布置；
[0016]所述芯部具有液压顶推装置，所述液压顶推装置的活塞杆为所述控制杆。
[0017]优选地，所述刀盘头具有多组周向布置的掘土结构，每组所述掘土结构包括切刀和扇形的排土口。
[0018]由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术提供一种用于测试支护—围岩相互作用的试验台架，在台架后方设置有自动开挖装置，在试验填料完成之后，通过液压加载装置施加各种复杂条件的原始地应力；衬砌由6片独立的管片组成，通过控制管片的径向伸缩可自由控制隧道周边不同位置处的变形大小；本专利技术的6片衬砌上均安装有位移传感器、压力传感器，并通过数字化监测系统，实时监测不同部位的围岩压力与变形值，从而精确地绘制出支护
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围岩特性曲线。本专利技术提供的试验台架具有如下有益效果：通过在台架上侧与左右两侧布置相互独立的20个液压加载装置，以实现各种复杂地应力条件的加载；通过在台架后部设置隧道开挖装置，实现了地应力的先加载后开挖，更加符合隧道工程施工的实际过程，真实还原了围岩应力状态、减小因人工开挖造成的额外扰动影响；由6片相互独立的管片组成衬砌来代替传统试验台架的衬砌实体，并利用6个相互独立的液压加载系统单独控制每个管片的伸缩，以达到主动控制围岩变形的目的；6个管片上分别设置了高精度的压力传感器与位移传感器，避免了试验岩体材料中额外布置传感器的要求，提高了试验的精确性，降低了操作难度，提升了围岩变形及支护围岩压力等的测量精度，为复
杂条件下隧道围岩支护相互作用关系模拟试验及定量化分析创造了条件。
[0019]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为为本专利技术提供的种用于测试支护—围岩相互作用的试验台架的工作状态示意图；
[0022]图2为本专利技术提供的种用于测试支护—围岩相互作用的试验台架的主视图；
[0023]图3为为本专利技术提供的种用于测试支护—围岩相互作用的试验台架的掘进装置示意图；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测试支护—围岩相互作用的试验台架，其特征在于，包括挡板结构、加载系统、挖掘系统和控制系统；所述挡板结构用于装载岩土样；所述加载系统包括相互驱动连接的多组加载装置和伺服液压机；所述伺服液压机还与所述控制系统相连接；所述加载机构与所述挡板结构相连接，用于分别从岩土样的顶部和侧部向岩土样加载压力；所述挖掘系统包括推进装置、掘进转轴和掘进刀盘，所述推进装置通过所述掘进转轴与所述掘进刀盘驱动连接；所述掘进刀盘用于穿过所述挡板结构的侧部与岩土样相接触，所述推进装置用于驱动所述掘进刀盘在岩土样中掘进；所述掘进刀盘包括沿轴向依次布置的刀盘头和衬砌装置；所述刀盘头位于所述掘进刀盘的前端；所述衬砌装置用于向岩土样施力，所述刀盘头和衬砌装置分别具有应力传感器和位移传感器，用于向所述控制系统传输所述掘进刀盘在掘进时的应力信息和位移信息；所述控制系统包括中控单元和压力传感器，所述压力传感器用于获取所述加载装置施加的压力信息，并向所述中控单元传输；所述中控单元用于：控制所述伺服液压机驱动所述加载装置施加相同或不同的压力；基于接收的应力信息和压力信息，绘制并输出支护—围岩特性曲线。2.根据权利要求1所述的试验台架，其特征在于，所述挡板结构包括基...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振宇，方黄城，张顶立，洪学飞，
申请(专利权)人：中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：