CN105547852A - 地下洞室相似模拟试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下洞室相似模拟试验系统，包括壳体和设置在壳体内的试样承载平台，还包括可改变试样温度值的温度调控系统和用于在不同温度值下对试样施加荷载的荷载加载系统；温度调控系统包括设置在壳体内并用于对试样加热的加热件和设置在壳体内并用于检测试样温度的温度传感器；通过温度调控系统可使得壳体内的地下洞室模拟试样达到不同的温度值，并分别在不同的温度值下对试样进行荷载加载，从而采集试样在不同温度值下的围岩受力变形情况，可对隧道开挖工程或其他地下洞室的围岩受力及变形特征在不同温度作用下的影响进行真实的模拟，能准确反映实际情况，在测试洞室的变形与应力等方面具有相当好的应用前景。

Description

地下洞室相似模拟试验系统
技术领域
本发明涉及岩土领域，特别涉及一种地下洞室相似模拟试验系统。
背景技术
隧道工程开挖由于地质条件的多样性而具有较高的复杂性，在进行洞室开挖前，为预见洞室洞壁围岩的破坏情况，需要进行洞室模拟实验。模拟实验能为数值计算模型的建立提供合理的参数以及为数值模拟的结构提供可靠对比及参考依据。现有的洞室模拟实验主要采集数据为内壁变形数据，以预测隧道或洞室的应力变形，并且这种模拟实验主要进行的是常温下的洞室模拟实验，高温实验仅仅是针对岩石的单一实验，没有对岩石地下洞室相似模型在温度效应的影响下进行的实验；而且现在隧道类火灾防控是一大难点，在发生火灾后隧道内温度会急剧升高，所以研究温度效应的影响很有必要。
因此，有必要提供一种地下洞室相似模拟试验系统，可对地下洞室在温度效应下的围岩受力及变形特征进行真实而有效的模拟，从而可反映不同温度下的地下洞室围岩受力及变形特征的实际情况。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种地下洞室相似模拟试验系统，可对地下洞室在温度效应下的围岩受力及变形特征进行真实而有效的模拟，从而可反映不同温度下的地下洞室围岩受力及变形特征的实际情况。
本发明的地下洞室相似模拟试验系统，包括壳体和设置在壳体内的试样承载平台，还包括可改变试样温度值的温度调控系统和用于在不同温度值下对试样施加荷载的荷载加载系统；温度调控系统包括设置在壳体内并用于对试样加热的的加热件和设置在壳体内并用于检测试样温度的温度传感器。
进一步，荷载加载系统包括固定架、水平加载装置和竖向加载装置，水平加载装置和所述竖向加载装置均固定设置在固定架上；水平加载装置的荷载加载端沿横向水平方向伸入壳体内并可相对于壳体沿竖向上下移动；竖向加载装置的荷载加载端沿竖向伸入壳体内并可相对于壳体沿横向水平方向移动。
进一步，试样承载平台以可相对壳体底部前后移动的方式设置在壳体内。
进一步，固定架为龙门架结构，水平加载装置为相对设置在固定架的两侧立柱上的两个。
进一步，荷载施加系统还包括对应每一驱动水平加载装置设置并用于驱动其竖向移动的驱动机构Ⅰ，驱动机构Ⅰ包括驱动电机Ⅰ、由驱动电机Ⅰ驱动转动的丝杠Ⅰ和可沿丝杠Ⅰ轴向移动的滑块座Ⅰ，水平加载装置固定设置在滑块座Ⅰ上，固定架的立柱上设置有对滑块座Ⅰ导向并限位的滑轨Ⅰ。
进一步，竖向加载装置固定设置在固定架的横柱上，荷载施加系统还包括用于驱动竖向加载装置横向移动的驱动机构Ⅱ，驱动机构Ⅱ包括驱动电机Ⅱ、由驱动电机Ⅱ驱动转动的丝杠Ⅱ和可沿丝杠Ⅱ轴向移动的滑块座Ⅱ，竖向加载装置固定设置在滑块座Ⅱ上，固定架的横柱上设置有对滑块座Ⅱ导向并限位的滑轨Ⅱ。
进一步，壳体的侧壁上设置有用于水平加载装置的荷载加载端竖向移动的竖向条形孔，壳体的顶壁上设置有用于竖向加载装置的荷载加载端横向移动的横向条形孔，竖向条形孔和横向条形孔处均设置有可随所述荷载施加端运动自适应启闭的瓣膜。
进一步，壳体由绝缘隔热材料制成。
进一步，加热件为电阻加热丝。
本发明的有益效果：本发明的地下洞室相似模拟试验系统，通过温度调控系统可使得壳体内的地下洞室模拟试样达到不同的温度值，并分别在不同的温度值下对试样进行荷载加载，从而采集试样在不同温度值下的围岩受力变形情况，可对隧道开挖工程或其他地下洞室的围岩受力及变形特征在不同温度作用下的影响进行真实的模拟，能准确反映实际情况，在测试洞室的变形与应力等方面具有相当好的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中的壳体侧视图。
具体实施方式
图1为本发明结构示意图，图2为本发明中的壳体侧视图，如图所示：本实施例的地下洞室相似模拟试验系统，包括壳体1和设置在壳体1内的试样承载平台2，还包括可改变试样温度值的温度调控系统和用于在不同温度值下对试样5施加荷载的荷载加载系统3；温度调控系统包括设置在壳体1内并用于对试样5加热的加热件4和设置在壳体1内并用于检测试样温度的温度传感器；其中，试样是指地下洞室岩石试样或地下洞室相似模型试样，荷载加载系统3用于对试样进行荷载施加，温度调控系统用于对试样的温度进行调节，以增加模拟真实性，加热件4用于需调高温度时进行加热或需调低温度时停止加热，并通过温度传感器进行检测，此外，还设置有控制器，用于接收温度传感器采集数据，并通过控制器控制加热件4工作状态。
本实施例中，荷载加载系统3包括固定架3-1、水平加载装置3-2和竖向加载装置3-3，水平加载装置3-2和所述竖向加载装置3-3均固定设置在固定架3-1上；水平加载装置3-2的荷载加载端沿横向水平方向伸入壳体1内并可相对于壳体1沿竖向上下移动；竖向加载装置3-3的荷载加载端沿竖向伸入壳体1内并可相对于壳体1沿横向水平方向移动；其中，水平加载装置3-2和竖向加载装置3-3均包括加载动作器8、压力传感器6和传力杆7，传力杆由加载动作器驱动对试样进行压力加载，并通过压力传感器进行检测，加载动作器可为液压油缸，使得传力杆可沿轴向前后移动，传力杆形成荷载加载端；
水平加载装置3-2的荷载加载端的竖向上下移动可对试样的竖向不同位置进行加载，竖向加载装置3-3的荷载加载端的横向移动可对试样顶端的横向不同位置进行加载，从而扩大加载范围。
本实施例中，试样承载平台以可相对壳体1底部前后移动的方式设置在壳体1内；前后方向是指与横向水平方向在水平面上垂直的方式，试样承载平台的前后移动可对水平加载装置3-2和竖向加载装置3-3对试样的加载点进行调节，从而使得加载装置可在三维方向上对试样的加载位置进行调整；如图所示，试样承载平台底部设置有滑块2-1，滑块为燕尾结构，可沿壳体1底板上设置的燕尾滑槽前后移动，不但具有较好的移动性，而且可具有定位效果，放置试样承载平台横向水平方向移动，当然，滑块和滑槽结构也可为适配的其他形状，如梯形或倒T形，另外，试样承载平台的移动也可直接通过滚轮实现，均可实现本发明目的。
本实施例中，固定架3-1为龙门架结构，水平加载装置3-2为相对设置在固定架3-1的两侧立柱3-1-1上的两个；可对试样的横向两侧均实现加载。
本实施例中，荷载施加系统还包括对应每一驱动水平加载装置3-2设置并用于驱动其竖向移动的驱动机构Ⅰ，驱动机构Ⅰ包括驱动电机Ⅰ3-4、由驱动电机Ⅰ3-4驱动转动的丝杠Ⅰ3-5和可沿丝杠Ⅰ3-5轴向移动的滑块座Ⅰ3-6，水平加载装置3-2固定设置在滑块座Ⅰ3-6上，固定架3-1的立柱3-1-1上设置有对滑块座Ⅰ3-6导向并限位的滑轨Ⅰ；即驱动机构Ⅰ为丝杠滑块机构，通过驱动电机Ⅰ3-4驱动丝杠Ⅰ3-5转动，带动滑块座Ⅰ3-6沿丝杠Ⅰ3-5轴向移动，从而带动水平加载装置3-2沿竖向移动，结构简单，工作稳固。
本实施例中，竖向加载装置3-3固定设置在固定架3-1的横柱3-1-2上，荷载施加系统还包括用于驱动竖向加载装置3-3横向移动的驱动机构Ⅱ，驱动机构Ⅱ包括驱动电机Ⅱ3-7、由驱动电机Ⅱ3-7驱动转动的丝杠Ⅱ3-8和可沿丝杠Ⅱ3-8轴向移动的滑块座Ⅱ3-9，竖向加载装置3-3固定设置在滑块座Ⅱ3-9上，固定架3-1的横柱上设置有对滑块座Ⅱ3-9导向并限位的滑轨Ⅱ；即驱动机构Ⅱ为丝杠滑块机构，通过驱动电机Ⅱ3-7驱动丝杠Ⅱ3-8转动，带动滑块座Ⅱ3-9沿丝杠Ⅱ3-8轴向移动，从而带动竖向加载装置3-3沿横向移动，结构简单，工作稳固。
本实施例中，壳体1的侧壁上设置有用于水平加载装置3-2的荷载加载端竖向移动的竖向条形孔1-1，壳体1的顶壁上设置有用于竖向加载装置3-3的荷载加载端横向移动的横向条形孔1-2，竖向条形孔1-1和横向条形孔1-2处均设置有可随所述荷载施加端运动自适应启闭的瓣膜9；条形孔用于加载装置的荷载施加端移动，瓣膜9为柔性隔热材料制成，可随传力杆运动时，对条形孔的其余部分进行封闭，从而保证壳体1内部温度，瓣膜在每一条形孔处为相对设置的两个，传力杆可在两瓣膜间移动。
本实施例中，壳体1由绝缘隔热材料制成；具有较好的隔热效果。
本实施例中，加热件4为电阻加热丝；工作控制容易，且加热快速，加热件4外可设置套体，套体由隔热绝缘材料制成。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种地下洞室相似模拟试验系统，其特征在于：包括壳体和设置在壳体内的试样承载平台，还包括可改变试样温度值的温度调控系统和用于在不同温度值下对试样施加荷载的荷载加载系统；所述温度调控系统包括设置在壳体内并用于对试样加热的加热件和设置在壳体内并用于检测试样温度的温度传感器。
2.根据权利要求1所述的地下洞室相似模拟试验系统，其特征在于：所述荷载加载系统包括固定架、水平加载装置和竖向加载装置，所述水平加载装置和所述竖向加载装置均固定设置在固定架上；所述水平加载装置的荷载加载端沿横向水平方向伸入壳体内并可相对于壳体沿竖向上下移动；所述竖向加载装置的荷载加载端沿竖向伸入壳体内并可相对于壳体沿横向水平方向移动。
3.根据权利要求2所述的地下洞室相似模拟试验系统，其特征在于：所述试样承载平台以可相对壳体底部前后移动的方式设置在壳体内。
4.根据权利要求3所述的地下洞室相似模拟试验系统，其特征在于：所述固定架为龙门架结构，所述水平加载装置为相对设置在固定架的两侧立柱上的两个。
5.根据权利要求4所述的地下洞室相似模拟试验系统，其特征在于：所述荷载施加系统还包括对应每一驱动水平加载装置设置并用于驱动其竖向移动的驱动机构Ⅰ，所述驱动机构Ⅰ包括驱动电机Ⅰ、由驱动电机Ⅰ驱动转动的丝杠Ⅰ和可沿丝杠Ⅰ轴向移动的滑块座Ⅰ，所述水平加载装置固定设置在滑块座Ⅰ上，所述固定架的立柱上设置有对滑块座Ⅰ导向并限位的滑轨Ⅰ。
6.根据权利要求5所述的地下洞室相似模拟试验系统，其特征在于：所述竖向加载装置固定设置在固定架的横柱上，所述荷载施加系统还包括用于驱动竖向加载装置横向移动的驱动机构Ⅱ，所述驱动机构Ⅱ包括驱动电机Ⅱ、由驱动电机Ⅱ驱动转动的丝杠Ⅱ和可沿丝杠Ⅱ轴向移动的滑块座Ⅱ，所述竖向加载装置固定设置在滑块座Ⅱ上，所述固定架的横柱上设置有对滑块座Ⅱ导向并限位的滑轨Ⅱ。
7.根据权利要求6所述的地下洞室相似模拟试验系统，其特征在于：所述壳体的侧壁上设置有用于水平加载装置的荷载加载端竖向移动的竖向条形孔，所述壳体的顶壁上设置有用于竖向加载装置的荷载加载端横向移动的横向条形孔，所述竖向条形孔和横向条形孔处均设置有可随所述荷载施加端运动自适应启闭的瓣膜。
8.根据权利要求7所述的地下洞室相似模拟试验系统，其特征在于：所述壳体由绝缘隔热材料制成。
9.根据权利要求8所述的地下洞室相似模拟试验系统，其特征在于：所述加热件为电阻加热丝。
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