CN105445095A - 一种用于模拟深部岩体受力状态的承载架 - Google Patents

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王明洋
李�杰
王源
黄建伟
随亚光
蔡立艮
戎晓力
邱艳宇
范鹏贤
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Abstract

本发明涉及一种用于模拟深部岩体受力状态的承载架，所述承载架具有柔性胶囊的矩形体形状的空腔，矩形体形状的岩体试件固定于该空腔中，所述岩体试件的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间设有柔性胶囊，每一柔性胶囊上设有至少一个导管，高压液体通过该导管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生模拟的高地应力。有益效果为：采用柔性胶囊对试件加载，既能十分平稳均衡地对试件加力，很好地模拟深部岩体的高地应力状态，又能使加载机构结构简化。

Description

一种用于模拟深部岩体受力状态的承载架
技术领域
本发明涉及受力状态的模拟装置，尤其涉及一种用于模拟深部岩体受力状态的承载架。
背景技术
当前我国交通、水利水电、能源、矿山和军事防护都有涉及深部地下工程的问题，而深部岩体赋存在高应力环境中，在施工开挖卸荷扰动和爆炸地冲击扰动作用下，存在可能发生分区破裂、大变形、岩爆、工程性地震等灾害的风险。因此为防范上述灾害发生，国内外相关学者专家都在对深部岩体工程进行深入研究，模拟深部岩体受力状态。但目前的模拟仅限于高地应力模拟，略或高地应力和开挖扰动的模拟，未见能全部实现高地应力、开挖扰动和爆炸扰动（一高两扰动）的模拟装置的承载架。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能实现高地应力、开挖扰动和爆炸扰动模拟的一种模拟深部岩体受力状态的加载装置的承载架。
为实现上述目的，本发明的用于模拟深部岩体受力状态的承载架，具有柔性胶囊的矩形体形状的空腔，矩形体形状的岩体试件固定于该空腔中，所述岩体试件的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间设有柔性胶囊，每一柔性胶囊上设有至少一个导管，高压液体通过该导管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生模拟的高地应力。
所述用于模拟深部岩体受力状态的承载架的进一步设计在于，所述承载架包括基座、承载框、底板、侧板和顶板；所述基座水平设置，所述承载框为跨骑在基座上的矩形体的框架，该承载框下端与基座连接，所述底板置于承载框所跨骑的基座上，并可在基座上滑动，四个所述侧板置于承载框的四个垂直侧面上，所述的顶板置于承载框的顶部，置于承载框上的顶板、侧板和底板的内侧面相互围拢成所述的空腔。
所述用于模拟深部岩体受力状态的承载架的进一步设计在于，所述侧板或顶板上设有引出孔，所述柔性胶囊上连接的导管由该引出孔引出。
所述用于模拟深部岩体受力状态的承载架的进一步设计在于，所述柔性胶囊上的导管设置与所述空腔腔壁相对一侧的侧面上。
所述用于模拟深部岩体受力状态的承载架的进一步设计在于，所述柔性胶囊上的第二操作孔包括钢管、第一圆环片、第二圆环片和封孔圆板，所述第一圆环片、第二圆环片上的孔和沿柔性胶囊厚度方向设置的孔与钢管外径相适配，第一圆环片、第二圆环片处于柔性胶内，钢管沿柔性胶囊厚度方向的孔穿套该柔性胶囊，并与处于钢管一端部的第一圆环片连接，第二圆环片与第一圆环间隔与胶囊厚度相适配的距离并与钢管连接，第一、第二圆环片分别胶囊上对应孔的内边界硫化密封联接；钢管的管孔上设置内螺纹，所述孔圆板圆周侧设有外螺纹，封孔圆板螺旋连接于钢管的管孔中。
所述用于模拟深部岩体受力状态的承载架的进一步设计在于，所述基座上设有导轨，底板的下侧面设有滚轮，底板通过滚轮在导轨上的滚动实现底板在基座上的滑动。
本发明的有益效果在于：1）采用柔性胶囊对试件加载，既能十分平稳均衡地对试件加力，很好地模拟深部岩体的高地应力状态，又能使加载机构结构简化；2）对柔性胶囊进行预留接口的设计，使之在对试件加载静态压力以模拟高地应力状态下进行开挖扰动试验，从而能更准确地模拟深部岩体的开挖，得到更准确可靠的试验数据。
附图说明
图1是本发明的承载架的结构示意图。
图2是承载架的结构示意图。
其中，基座1，承载框12，侧板13，顶板14，底板16，柔性胶囊2，导管21，爆炸载荷模拟发生器3，操作孔4，承载架5，钻具6。
具体实施方式
如图1、2，本发明的承载架具有矩形体形状的空腔，矩形体形状的岩体试件固定于该空腔中，所述岩体试件的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间设有柔性胶囊2，每一柔性胶囊上设有至少一个导管21，高压液体通过该导管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生模拟的高地应力。
结合图2，承载架1全部采用35CrMo材料制作，能够在承受胶囊2内部0~10Mpa压力情况下，塑性变形量很小，从而对试验数据的精度不形成影响。该主承载架要由基座1、承载框12、底板16、侧板13和顶板14组成，。基座11水平架设在地面上，承载框12为一个矩形体的框架，该框架跨骑在基座11上，且下部通过设置的连接孔和螺栓螺母紧固件与基座11连接。底板16置于承载框12所跨骑的基座11上，为便于岩体试件进入上述的空腔，底板16是可滑动地连接在基座11上，这样底板16可移出空腔外，以便于试件放置，待试件放到底板16后再通过底板15相对基座11的滑动进入所述空腔内。本实施例是在基座上设置导轨（未画出），并在底板16的下侧面设置对应的滚轮（未画出），底板通过滚轮在导轨上的滚动实现上述底板相对基座上的滑动。
承载框12的四个垂直侧面和顶部的水平顶面分别由侧板13和顶板14封盖，由此顶板、侧板和底板相互围拢成上述的放置岩体试件的空腔。
对于本实施例而言，如图1，可以在与承载框跨骑方向相垂直的一侧板13上设置操作孔4，便于拓展模拟开挖的钻具6的安装设置。同时在顶板的外侧设置爆炸载荷模拟发生器3。理论上，操作孔4可以设置在承载框12的四个垂直侧面上任一侧板上，而爆炸载荷模拟发生器3可以设置在承载框12的任一侧面上。
上述的柔性胶囊2采用高强度耐压橡制成，在承载架1支承下可承载压力0~15Mpa，并能随试件的形状而变形，使其与试件能充分贴合地触接，以更好的模拟深部岩体的受力状态。结合图2，柔性胶囊2为矩形状的袋囊其厚度方向的尺寸远小于其与试件接触面的宽度或长度方向的尺寸，导管21设置在该胶囊与空腔腔壁相对一侧的侧面上，以便从形成腔壁的侧板或顶板或底板上引出。在向柔性胶囊2内充入高压液体（油）前，需要对其抽真空，为了方便抽气，还设置了另一根导管21作为抽气管，柔性胶囊内的气体通过该抽气管排出。
柔性胶囊2上的导管21从形成腔壁的侧板、顶板、底板引出，以通过对应管道分别与液压站和压缩空气站连接。为此侧板、顶板或底板上都分别设有引出孔，可参见图2。

Claims (6)

1.一种用于模拟深部岩体受力状态的承载架，其特征在于：所述承载架具有矩形体形状的空腔，矩形体形状的岩体试件固定于该空腔中，所述岩体试件的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间设有柔性胶囊，每一柔性胶囊上设有至少一个导管，高压液体通过该导管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生模拟的高地应力。
2.根据权利要求1所述的用于模拟深部岩体受力状态的承载架，其特征在于：所述承载架包括基座、承载框、底板、侧板和顶板；所述基座水平设置，所述承载框为跨骑在基座上的矩形体的框架，该承载框下端与基座连接，所述底板置于承载框所跨骑的基座上，并可在基座上滑动，四个所述侧板置于承载框的四个垂直侧面上，所述的顶板置于承载框的顶部，置于承载框上的顶板、侧板和底板的内侧面相互围拢成所述的空腔。
3.根据权利要求2所述的用于模拟深部岩体受力状态的承载架，其特征在于：所述侧板或顶板上设有引出孔，所述柔性胶囊上连接的导管由该引出孔引出。
4.根据权利要求2所述的一种模拟深部岩体受力状态的加载装置，其特征在于：所述柔性胶囊上的导管设置与所述空腔腔壁相对一侧的侧面上。
5.根据权利要求3或4所述的用于模拟深部岩体受力状态的承载架，其特征在于：所述柔性胶囊上的第二操作孔包括钢管、第一圆环片、第二圆环片和封孔圆板，所述第一圆环片、第二圆环片上的孔和沿柔性胶囊厚度方向设置的孔与钢管外径相适配，第一圆环片、第二圆环片处于柔性胶内，钢管沿柔性胶囊厚度方向的孔穿套该柔性胶囊，并与处于钢管一端部的第一圆环片连接，第二圆环片与第一圆环间隔与胶囊厚度相适配的距离并与钢管连接，第一、第二圆环片分别胶囊上对应孔的内边界硫化密封联接；钢管的管孔上设置内螺纹，所述孔圆板圆周侧设有外螺纹，封孔圆板螺旋连接于钢管的管孔中。
6.根据权利要求2所述的用于模拟深部岩体受力状态的承载架，其特征在于：所述基座上设有导轨，底板的下侧面设有滚轮，底板通过滚轮在导轨上的滚动实现底板在基座上的滑动。
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