超大型岩土工程三维模型试验系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种超大型岩土工程三维模型试验系统，包括超大型模型试验装置、分别与大型模型试验装置相连的液压加载系统和应变位移测试系统，所述超大型模型试验装置包括门式框架，门式框架下端设置于底板装置上，底板装置上设有位于门式框架下部的模型反力墙。本实用新型专利技术具有如下的优点：1）整体结构紧凑，强度高，刚度大，可承受千吨的反力。2）可满足不同高度试验的要求。3）底板为组装型并设计了T型滑槽，反力墙块可前后或左右扩大或缩小固定，满足不同模型尺寸。4）模型试验装置安装拆分方便，可完成不同的平面试验。5）应变位移测试系统实现对试验结果的实时自动化高精度采集分析，操作方便。6）可完成十字交叉型隧洞的大型三维模型试验。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种超大型岩土工程三维模型试验系统，主要为地下岩土工程模型试验提供试验装置和加载及测试系统。
技术介绍
地质力学模型试验有利于在复杂的试验过程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象的内在联系。在国外，以弗曼格林为首的专家在意大利结构模型试验所开创了工程地质力学模型试验技术。随后，美国、德国、法国、英国和日本等国也开展了大量模型试验研究。 在国内，清华大学、总参工程兵科研三所、武汉大学、山东大学等众多科研院所，先后对国内许多大型工程项目进行了地质力学模型试验研究，并取得一大批研究成果。(1)《武汉水力电力大学学报》1992年第5期介绍了武汉水力电力大学一种平面应力试验装置及加载系统，其试验装置是净空为150cm X 140cm封闭平面刚性加力架，加载系统由压力盒，气压泵、管路、压力表组成，试验时由气泵控制压力逐级加载或卸载。该系统为平面加载，无法实现三维加载。(2《岩石力学与工程学报》2004年第3期介绍了一种岩土工程多功能模拟实验装置，该装置主体加载支承结构是由上、下盖板、三角形分配块和3套互相垂直正交的拉杆系统组成。试验时模型平放在上、下盖板之间，在模型相对两边分别施加垂直和水平地应力。 该系统加载试件尺寸较小且无法实现高压加载。(3)《水利学报》2002第5期介绍了清华大学一种离散化三维多主应力面加载试验系统，试验装置主要由垂直立柱、封闭式钢结构环梁、支撑钢架组成，加载系统主要由高压气囊、反推力板、限位千斤顶和空气压缩机组成。其试验架尺寸较大，并实现了按主应力方向进行加载，但试验架侧向挠度变形大，加载系统无法实现高压加载。(4)《岩石力学与工程学报》2004年第22期介绍了总参工程兵科研三所一种YD-A 型岩土工程多功能模拟试验装置。该装置为平面模型试验台，模型尺寸为160 cmX140 cmX 40 cm，具有双向旋转功能，但该试验台无法实现改变模型尺寸和三维模拟。(5)《岩石力学与工程学报》2005年第16期介绍了一种三轴软岩非线性力学试验系统，该系统能进行三轴拉压、拉剪等多种组合试验和对不同加卸载过程进行模拟，系统最大压力450kN，最大拉力75kN，试件最大尺寸为450mmX 150mmX 150mm。该系统模型试件尺寸较小，同时无法模拟高压加载过程。(6)《地下空间》2004第4期介绍了重庆交通科研设计院一种公路隧道结构与围岩综合实验系统，该系统基于“先加载、后挖洞”的原理，采用液压千斤顶在模型试件外部加载以模拟上覆岩土层自重应力，用内置千斤顶及位移计模拟开挖体应力响应及位移变化。该系统无法模拟深部洞室高压加载。(7)《土木工程学报》2005年第12期，以及申请号为200510045291. 7的中国技术介绍了山东大学一种新型岩土地质力学模型试验系统，该系统主要由盒式台架装置、 带扁千斤顶的变荷加载板、液压加载控制试验台组成。该系统具有规模大、组装灵活、尺寸3可调、能进行同步非均勻加载的优点，但系统只能进行平面加载且加载荷载值有限，无法模拟深部洞室高压加载过程。(8)《岩石力学与工程学报》2008年第1期介绍了一种伺服控制高温高压岩体三轴试验机，该试验机可进行高温高压条件下的岩石假三轴试验，试样尺寸为Φ200πιπι X 400mm。该试验机主要用于高温条件下的加载，虽然加载压力较高，但无法模拟岩体试件的真三轴加载，且试样尺寸较小。(9)山东大学专利200820023048. 4公布了一种高压加载结构模型试验系统，该装置采用六面加载，最大模型尺寸IOOOmmX IOOOmmX 1000mm，可模拟比例尺为1:100，开挖洞室尺寸较小，不能开展大比例尺的模型试验。(10)山东大学专利200810138978. 9介绍了一种高地应力准三维可视化模型试验台架装置，包括反力墙装置，侧向外围设有门式反力框架，在门式反力框架和模型体之间设有液压加载装置，反力墙装置上洞室所在位置周围设有若干观察窗。但该装置系统反力装置结构简单，前后反力墙拉杆穿过模型体，影响模型内部应力场和实验精度。刚性加载不利于模型表面应力加载精度。空间不可调，只能做平面模型试验，不能做三维模型试验。(11)山东大学专利200810138981. 0介绍了一种带滑动墙的自平衡式真三维加载模型试验台架，但该装置模型制作繁琐，操作复杂，模型体表面距装置外部较远，不方便开挖观测；尺寸不可调整，只能做平面模型试验。(12)山东大学专利200810016641. 0介绍了一种高地应力真三维加载模型试验系统；包括智能液压控制系统、高压加载系统和反力装置系统，高压加载系统设置于反力装置系统六个面内为模型体六个侧面加载。该装置结构简单，不能自由组装；液压加载系统不是数字智能控制，采用千斤顶加载，不是双向油缸；模型表面距装置外部较远，不方便开挖观测。综合分析上述单位的模型试验台架装置系统，还存在以下不足之处1.现有模型装置结构简单，尺寸一般不可调整，可调的操作也比较繁琐，不方便试验。2.现有模型装置试验空间较小，难以实现大型十字交叉地下隧洞的大比尺模型试验研究。3.装置功能单一，仅能进行平面或三维模型试验，不能根据试验模型尺寸自由调整。4.现有模型试验装置不可拆分为两台试验装置各自进行试验。5.液压加载系统和测试系统相对落后，数字化自动化程度不高，试验加载及测试结果精度较低。6.反力台架装置尺寸较小，刚度和强度较小，不能提供较高的反力，无法实现高应力加载。
技术实现思路
本技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种整体结构紧凑、安全可靠、易于安装拆分、尺寸可调、高精度加载和自动化测试的超大型岩土工程三维模型试验系统。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案一种超大型岩土工程三维模型试验系统，包括超大型模型试验装置、分别与大型模型试验装置相连的液压加载系统和应变位移测试系统，所述超大型模型试验装置包括门式框架，门式框架下端设置于底板装置上，底板装置上设有位于门式框架下部的模型反力掉工回；所述门式框架包括左右对称设置的两对立柱，位于同侧的两根立柱内外侧之间通过两块横梁立柱连接板相连，所述位于同侧的两根立柱内外侧之间的两块横梁立柱连接板之间设有两道连接抄手；所述两对立柱上均设有若干能使横梁立柱连接板上下移动时相连接的螺栓孔；左右对称设置的两对立柱内侧的两块横梁立柱连接板之间连接有四根横梁；所述底板装置包括底板，所述底板上设有T型滑槽，T型滑槽内设有连接所述模型反力墙的螺栓，通过移动螺栓，使模型反力墙前后或左右扩大或缩小；模型反力墙前后左右四面中心均安装透视开挖窗口 ；所述底板相对两侧设有底板夹板，底板下部设有底板横梁， 底板横梁下部设有底板横梁连接板；所述底板由可拆装的独立的两组组成，或者由四块底板通过底板夹板、底板横梁和底板横梁连接板拼装连接为一个整体。所述应变位移测试系统包括微型多点位移计、数字照相位移测试系统、静态电阻应变仪测试系统、光纤应变测试系统，所述微型多点位移计测量内部位移，数字照相位移测试系统测量表面位移，静态电阻应变仪测试系统和光纤应变测试系统测量应变；所述微型多点位移计测点、静态电阻应变仪测试系统和光纤应变测试系统安装在模型隧洞周围，通过测丝或导线将信号传输到各自测试系统，实现对内部位移和应变的测本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种超大型岩土工程三维模型试验系统，其特征在于：包括超大型模型试验装置、分别与大型模型试验装置相连的液压加载系统和应变位移测试系统，所述超大型模型试验装置包括门式框架，门式框架下端设置于底板装置上，底板装置上设有位于门式框架下部的模型反力墙；所述门式框架包括左右对称设置的两对立柱，位于同侧的两根立柱内外侧之间通过两块横梁立柱连接板相连，所述位于同侧的两根立柱内外侧之间的两块横梁立柱连接板之间设有两道连接抄手；所述两对立柱上均设有若干能使横梁立柱连接板上下移动时相连接的螺栓孔；左右对称设置的两对立柱内侧的两块横梁立柱连接板之间连接有四根横梁；所述底板装置包括底板，所述底板上设有Ｔ型滑槽，Ｔ型滑槽内设有连接所述模型反力墙的螺栓；模型反力墙前后左右四面中心均安装透视开挖窗口；所述底板相对两侧设有底板夹板，底板下部设有底板横梁，底板横梁下部设有底板横梁连接板；所述底板由可拆装的独立的两组组成，或者由四块底板通过底板夹板、底板横梁和底板横梁连接板拼装连接为一个整体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，王汉鹏，李为腾，王琦，张庆松，徐洪峰，李智，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：实用新型
国别省市：88