CN104297060B - 一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置，包括底板，所述底板上设有试件浇筑模具，底板两侧固定连接有支撑架，支撑架一端设有固定转轴，支撑架通过转轴与转盘滑动凹槽连接，转盘滑动凹槽与加载卸荷装置连接；加载卸荷装置包括随机节理转盘，随机节理转盘的外周环向设有转盘滑动轨道，转盘滑动轨道上布设有刻度，随机节理转盘的内部设有环向加载挡板，环向加载挡板与随机节理转盘内侧壁之间设有环向加载装置；试件拼接体安装于环向加载挡板围成的内部圆环内。还公开了采用该试验装置进行岩土工程关键块体识别的方法。本发明利用试验装置可旋转的特性研究节理倾角对关键块体识别的影响，提高了试验精度，方便了实验操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置及其方法。
背景技术
在硬质岩体结构中，特别是长大节理发育的岩体中，岩体的失稳破坏常常表现为由几组结构面和临空面切割的岩块失稳。这些块体的失稳可能会严重影响到洞室的整体稳定、威胁施工安全。块体理论是评价块体稳定性的基本理论和方法，找出关键块是块体理论的评价基础。
对于隧道施工来说，当施工穿越节理发育破碎带时，单块围岩的掉落很可能引发隧道大面积塌方，严重影响隧道施工的安全，极易造成重大经济、财产损失。对于关键块体的试验研究目前尚不成熟，传统的试验方法操作繁琐，试块无法重复利用，节理角度对关键块的识别影响也无法有效研究。因此，进行隧道穿越随机节理破碎带时的关键块体的识别研究能为隧道施工提供有力的理论依据与关键块识别方法，能够有效避免不必要的经济损失，具有重要的研究意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置及其方法，提高围岩试块的重复使用率，精确模拟隧道受力状态，利用试验装置可旋转的特性研究节理倾角对关键块体识别的影响，提高了试验精度，方便了实验操作。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置，包括底板，所述底板上设有试件浇筑模具，底板两侧固定连接有支撑架，所述支撑架相对于底板的一端设有固定转轴，支撑架通过转轴与转盘滑动凹槽连接，所述转盘滑动凹槽与加载卸荷装置连接；所述加载卸荷装置包括随机节理转盘，所述随机节理转盘的外周环向设有与转盘滑动凹槽相配合的转盘滑动轨道，所述转盘滑动轨道上布设有刻度，所述随机节理转盘的内部设有环向加载挡板，环向加载挡板与随机节理转盘内侧壁之间设有环向加载装置；试件拼接体安装于所述环向加载挡板围成的内部圆环内。
所述转盘滑动凹槽与转盘滑动轨道咬合连接；
所述试件拼接体为圆环状，试件拼接体的内环安装有支撑环，所述支撑环与试件拼接体的内壁紧密接触；
所述环向加载挡板由若干块挡板拼接而成；
所述环向加载挡板的内径与试件拼接体的外径相同；
所述随机节理转盘的外周还设有转盘固定凸起，与用于试件铺设均匀平整的底盘连接；
所述底盘的外周设有底盘固定凹槽，与所述的转盘固定凸起相配合。
其中，所述试件浇筑模具用于块体的定型与节理定位，并与加载卸荷装置内部圆环空间尺寸相同，可将浇筑完成的试件准确、密实地布设于加载卸荷装置中；
所述环向加载装置与环向加载挡板用于模拟隧道开挖卸荷，试验时与环向加载挡板试件紧密接触，而且环向加载挡板由若干挡板拼接而成，拆卸方便；
所述底盘与随机节理转盘旋转相扣，保证试件铺设均匀平整，试验时将底板卸下，消除外界摩擦力对试验结果的影响；
所述随机节理转盘可沿转盘滑动轨道旋转，转盘滑动轨道上布设刻度盘以记录节理转角，精确记录块体位置分布。
采用该试验装置进行岩土工程关键块体识别的方法，包括以下步骤：
(1)根据围岩的特性配置试件相似材料，浇筑于试件浇筑模具中，在其完全凝固之前，按照随机节理的分布形态将试件切割成指定形态；
(2)待试件拼接体完全成型后取出，将底盘安装于随机节理转盘上，并将随机节理转盘转至水平状态，将试件拼接体布设在环向加载挡板的内部圆环空间，并将支撑环安装于试件拼接体的内环，并保持所有试块在同一平面内；
(3)旋转随机节理转盘，按照试验要求，定位节理分布位置与角度后，准确记录下随机节理转盘的旋转角度，之后翻转随机节理转盘至竖向状态，卸下底盘；
(4)启动环向加载装置，按照工程实际折算的地应力，对试件拼接体进行加压，达到稳定状态后，松动支撑环使其脱落，观察试件塌落过程中的关键块体，进行后续试验规律研究；
(5)重复步骤(2)-(4)操作，旋转随机节理转盘，重新定位节理位置与角度，研究不同位置与倾角对关键块体识别的影响。
本发明的有益效果：
(1)浇筑试件可根据试验设计自由划分节理，并能与加载卸荷系统大小吻合，可以直接使用；
(2)随机节理转盘可翻转，水平时用于试件的布设与角度的调整，垂直地面时用于关键块体识别试验，操作简单，效率较高；
(3)随机节理转盘的可旋转性使得节理的分布角度可以精确调节，研究不同倾角对关键 块识别的影响，并有效提高了试件的重复利用率。
附图说明
图1为本发明的用于岩土工程关键块体识别的试验装置结构示意图；
图2为加载卸荷装置结构示意图。
其中，1-试件拼接体；2-支撑环；3-环向加载挡板；4-随机节理转盘；5-环向加载装置；6-底盘；7-转盘滑动凹槽；8-浇筑模具；9-转盘滑动轨道；10-转盘旋转刻度；11-转盘固定凸起；12-底板固定凹槽；13-固定转轴；14-底板；15-支撑架。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1
如图1所示，一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置，包括底板14，所述底板14上设有试件浇筑模具8，底板14两侧固定连接有支撑架15，所述支撑架15相对于底板的一端设有固定转轴13，支撑架15通过转轴13与转盘滑动凹槽7连接，所述转盘滑动凹槽7与加载卸荷装置连接；所述加载卸荷装置包括随机节理转盘4，所述随机节理转盘4的外周环向设有与转盘滑动凹槽7相配合的转盘滑动轨道9，所述转盘滑动轨道9上布设有刻度10，所述随机节理转盘4的内部设有环向加载挡板3，环向加载挡板3与随机节理转盘4内侧壁之间设有环向加载装置5；试件拼接体1安装于所述环向加载挡板3围成的内部圆环内。
图2为所述的加载卸荷装置的结构示意图，随机节理转盘4的外周还设有转盘固定凸起11，与用于试件铺设均匀平整的底盘6连接；所述底盘6的外周设有底盘固定凹槽12，与所述的转盘固定凸起11相配合，安装时将转盘固定凸起11与底盘固定凹槽12对齐，拼接后顺时针旋转固定即可保证二者咬合。
试件拼接体1放入加载装置后，将支撑环2安置于拼接体内环内，保证试件拼接体1稳定性良好，随机节理转盘的转盘滑动轨道9，并与转盘滑动凹槽7咬合，可进行自由旋转，转盘滑动轨道9上布设刻度10，可精确控制旋转角度；加载卸荷装置整体可绕固定转轴13自由翻转。
环向加载挡板3由8块挡板拼接而成，拆卸简单，用于模拟隧道开挖卸荷，环向加载挡板的内径与试件拼接体的外径相同。
采用该装置进行岩土工程关键块体识别的方法，包括以下步骤：
(1)根据围岩的特性配置试件相似材料，浇筑于试件浇筑模具8中，在其完全凝固之前，按照随机节理的分布形态将试件切割成指定形态；
(2)待试件拼接体1完全成型后取出，将底盘安装于随机节理转盘4上，并将随机节理转盘4转至水平状态，将试件拼接体1布设在环向加载挡板3的内部圆环空间，并将支撑环2安装于试件拼接体1的内环，并保持所有试块在同一平面内；
(3)旋转随机节理转盘4，按照试验要求，定位节理分布位置与角度后，准确记录下随机节理转盘4的旋转角度，之后翻转随机节理转盘4至竖向状态，卸下底盘6；
(4)启动环向加载装置5，按照工程实际折算的地应力，对试件拼接体1进行加压，达到稳定状态后，松动支撑环2使其脱落，观察试件塌落过程中的关键块体，进行后续试验规律研究；
(5)重复步骤(2)-(4)操作，旋转随机节理转盘4，重新定位节理位置与角度，研究不同位置与倾角对关键块体识别的影响。
Claims (7)
1.一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置，其特征在于，包括底板，所述底板上设有试件浇筑模具，底板两侧固定连接有支撑架，所述支撑架相对于底板的一端设有固定转轴，支撑架通过转轴与转盘滑动凹槽连接，所述转盘滑动凹槽与加载卸荷装置连接；所述加载卸荷装置包括随机节理转盘，所述随机节理转盘的外周环向设有与转盘滑动凹槽相配合的转盘滑动轨道，所述转盘滑动轨道上布设有刻度，所述随机节理转盘的内部设有环向加载挡板，环向加载挡板与随机节理转盘内侧壁之间设有环向加载装置；试件拼接体安装于所述环向加载挡板围成的内部圆环内；
所述试件拼接体为圆环状，试件拼接体的内环安装有支撑环，所述支撑环与试件拼接体的内壁紧密接触。
2.如权利要求1所述的一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置，其特征在于，所述转盘滑动凹槽与转盘滑动轨道咬合连接。
3.如权利要求1所述的一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置，其特征在于，所述环向加载挡板由若干块挡板拼接而成。
4.权利要求3所述的一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置，其特征在于，所述环向加载挡板的内径与试件拼接体的外径相同。
5.如权利要求1所述的一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置，其特征在于，所述随机节理转盘的外周还设有转盘固定凸起，与用于试件铺设均匀平整的底盘连接。
6.如权利要求5所述的一种用于岩土工程关键块体识别的试验装置，其特征在于，所述底盘的外周设有底盘固定凹槽，与所述的转盘固定凸起相配合。
7.采用权利要求1至6任一项所述的试验装置进行岩土工程关键块体识别的方法，包括以下步骤：
(1)根据围岩的特性配置试件相似材料，浇筑于试件浇筑模具中，在其完全凝固之前，按照随机节理的分布形态将试件切割成指定形态；
(2)待试件拼接体完全成型后取出，将底盘安装于随机节理转盘上，并将随机节理转盘转至水平状态，将试件拼接体布设在环向加载挡板的内部圆环空间，并将支撑环安装于试件拼接体的内环，并保持所有试块在同一平面内；
(3)旋转随机节理转盘，按照试验要求，定位节理分布位置与角度后，准确记录下随机节理转盘的旋转角度，之后翻转随机节理转盘至竖直状态，卸下底盘；
(4)启动环向加载装置，按照工程实际折算的地应力，对试件拼接体进行加压，达到稳定状态后，松动支撑环使其脱落，观察试件塌落过程中的关键块体，进行后续试验规律研究；
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