【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道开挖模拟试验，具体涉及一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法。
技术介绍
1、地应力对隧道开挖的影响是一个复杂的问题，它涉及到多种因素，如地质条件、开挖方法、支护措施等。一般来说，地应力越大，对隧道开挖的影响就越大。在隧道开挖过程中，由于地应力的存在，会导致围岩的变形和破坏，从而影响隧道的稳定性和安全性。目前，实验室实验所用的试样是在初始状态完全不受应力的作用下进行，这与实际现场岩石的受力状态截然相反。申请号为cn202111169449.7的中国专利公开了一种深部开挖扰动下岩石破碎后的动能确定方法，该方法考虑到了深部开挖扰动下岩石的环境条件，提高了实验室模拟的准确性。申请号为cn201310604647.0的中国专利公开了一种基坑开挖周边扰动影响预测评价方法，该方法通过基准条件下的基本模型，建立起基坑开挖基本位移计算公式以及各种复杂条件影响下的修正系数的求解方法。
2、深部硬岩工程多赋存于高地应力、强烈构造活动等极其复杂的工程地质环境，工程开挖诱发的硬岩深层破裂、板裂、大面积片帮、大变形、大体积塌方、突水突泥和岩爆等地质灾害频发，危害巨大。这给岩石力学特性与灾变机理认知、安全性预测分析、岩石工程设计与灾害防控等的研究提出了巨大的挑战，需要建立全新的理论和技术体系。深部工程硬岩开挖过程中，真三向高应力变化改变了围岩基本力学特性，引起围岩内部破裂、结构变化和能量聚集释放，诱发不同类型和等级的深部工程硬岩灾害，传统的材料屈服和塑性变形的分析理论不足以充分描述该过程，以变形为主的围岩状态评价和控制方法
3、以往在实验室尺度上大多是“先开挖再加载”，与隧道掘进的施工过程力学相悖。为了在实验室里实现“先加载后开挖”，有必要研发一种新的模拟隧道掘进诱灾的“先加载后开挖”的试验方法与表征技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，该方法能够更加准确地模拟实际状态下岩石的受力状态和隧道掘进的诱发灾害，并对试验过程进行更有效的表征。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，包括：
3、（1）采用含有预制不贯穿圆形孔洞的立方体试样为岩石试样，模拟掘进开挖中的地下隧道或巷道；在岩石试样的圆形孔洞的中部开设一贯穿试样的小孔，以小孔模拟实际施工的直行掏槽孔；
4、（2）在掏槽孔中装入事先按设定比例配置好的微型炸药；
5、（3）对x轴正负方向的加载模具进行改造；x轴负向，即x1轴加载模具的加载侧中部开设有圆孔，孔底安装摄像机，用于观测掌子面的实时变化；x轴正向，即x2轴加载模具的加载侧中部预留小孔；
6、（4）对岩石试样进行真三轴加载；
7、（5）试样持续受力后对x轴卸压；向x2轴加载模具预留的小孔中插入钢条作为扰动设备，然后重新进行真三轴加载实验，直至微型炸药发生爆炸；
8、（6）通过应力监测系统、声发射监测系统、波速监测系统和实时视频监测系统同时采集试验过程中岩石试样的声、光、力学响应，获取声-光-力多物理场试验数据，并基于声-光-力多物理场关联机制，对声-光-力多物理场数据进行耦合分析，实现地下高应力洞室失稳声-光-力多物理场协同表征。
9、进一步地， 步骤（1）中，所述立方体试样的尺寸为100 mm×100 mm×100mm，所述圆形孔洞的直径为25 mm，深度为70 mm；所述小孔的直径为2mm，深度为30mm。
10、进一步地，步骤（2）中，所述微型炸药采用氯酸钾+赤磷；为防止掏槽孔在真三轴加载下的过度挤压变形，使微型炸药出现早爆，采用非耦合装药方式，装药长度为18mm，前后堵塞长度各为5mm，从而预留2mm空气间隔。
11、进一步地，步骤（3）中，所述x2轴加载模具的加载侧中部位置预留的圆形孔的直径为2mm，孔深为30~40mm；步骤（5）中，向x2轴加载模具预留的小孔中插入的钢条的直径为1mm。
12、进一步地，步骤（4）中，三轴方向力的加载根据实际地质条件而定，初次选取10mpa、20mpa、50 mpa；岩石试样在三向应力作用下加载不低于48小时，以此来模拟岩石受地应力的影响。
13、进一步地，步骤（6）中，所述波速监测系统为非金属超声检测仪。
14、进一步地，步骤（6）中，所述实时视频监测系统通过步骤（3）中安装的摄像机拍摄获得监测视频。
15、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术创新性地提出采用含有预制不贯穿圆形孔洞的立方体试样，模拟掘进开挖中的地下隧（巷）道，该模型试样可以更完美的切合实际隧道掌子面的开挖，对后期实验室尺度上的研究奠定创新性的参考。在此基础上，本专利技术采用“先加载后开挖”的扰动开挖方式，这是一种与传统实验尺度不同的研究思路，以往在实验室尺度上大多是“先开挖再加载”，与隧道掘进的施工过程力学相悖；本专利技术通过对实验试样事先进行加压处理，以此来模拟岩石在真实地质条件所受的变形和位移；在试样的加压时间满足要求后，再对未贯通部位进行扰动开挖，以此来模拟实际施工过程中掌子面的扰动开挖。此外，本专利技术提出“声光力多物理场协同监测”技术；声学与光学的关联机制在于特征性声学事件与损伤破坏的相关性，如洞壁裂纹扩展、围岩损伤破坏与声发射能量变化的相关；光学与力学的关联机制在于损伤破坏与应力的相关性，如洞壁颗粒弹射与应力降的相关；力学与声学的关联机制在于应力与特征性声学事件的相关性，如应力降与声发射能量变化的相关；通过声光力多物理场关联机制，对数据进行耦合分析，实现了地下高应力洞室失稳声光力多物理场协同表征，从而为工程项目的设计和实施提供更贴合实际的理论性指导。
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1.一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于， 步骤（1）中，所述立方体试样的尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，所述圆形孔洞的直径为25 mm，深度为70 mm；所述小孔的直径为2mm，深度为30mm。
3.根据权利要求2所述的一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于，步骤（2）中，所述微型炸药采用氯酸钾+赤磷；为防止掏槽孔在真三轴加载下的过度挤压变形，使微型炸药出现早爆，采用非耦合装药方式，装药长度为18mm，前后堵塞长度各为5mm，从而预留2mm空气间隔。
4.根据权利要求2所述的一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于，步骤（3）中，所述X2轴加载模具的加载侧中部位置预留的圆形孔的直径为2mm，孔深为30~40mm；步骤（5）中，向X2轴加载模具预留的小孔中插入的钢条的直径为1mm。
5.根据权利要求1所述的一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于，步骤（4）中，三轴方向
6.根据权利要求1所述的一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于，步骤（6）中，所述波速监测系统为非金属超声检测仪。
7.根据权利要求1所述的一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于，步骤（6）中，所述实时视频监测系统通过步骤（3）中安装的摄像机拍摄获得监测视频。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于， 步骤（1）中，所述立方体试样的尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，所述圆形孔洞的直径为25 mm，深度为70 mm；所述小孔的直径为2mm，深度为30mm。
3.根据权利要求2所述的一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于，步骤（2）中，所述微型炸药采用氯酸钾+赤磷；为防止掏槽孔在真三轴加载下的过度挤压变形，使微型炸药出现早爆，采用非耦合装药方式，装药长度为18mm，前后堵塞长度各为5mm，从而预留2mm空气间隔。
4.根据权利要求2所述的一种模拟隧道掘进诱灾先加载后开挖的试验方法，其特征在于，步骤（3）中，所述x...
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