CN105588774A - 高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统 - Google Patents

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马飞
屈春来
马秋娟
段宇
黄顺
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Abstract

本发明提供了一种高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统，能够模拟高地温在温度骤降作用对围岩-衬砌温度场、应力场变化规律的试验，包括：高地温引水隧洞相似材料模型系统，包括原岩和位于原岩内的衬砌模型；数据采集系统，包括电脑，与电脑相连的静态应变测试系统，与静态应变测试系统相连的温度记录仪，位于原岩内的温度传感器和位于衬砌模型内的预置应变片载体；所述温度传感器与温度记录仪相连，所述预置应变片载体与静态应变测试系统相连；恒温循环供热装置，包括位于原岩四周的智能温控循环水加热器；围压模拟装置，包括位于原岩四周的围岩压力板和与围岩压力板外表面接触的千斤顶，所述千斤顶能够推动围岩压力板给原岩施压；保温装置。

Description

高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统
技术领域
本发明涉及一种引水隧洞模型试验装置，尤其是一种高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统。
背景技术
我国目前高地温引水隧洞主要集中与西部，尤其是新疆和西藏地区，其河水的主要来源是雪山融水，水温很低，通水过程中会引起围岩-衬砌结构温度骤降，使得结构内外形成较大温差，导致其结构内部产生张拉裂隙，由此对引水隧洞产生很大危害。对高地温引水隧洞而言，由于温降速率不同，尤其是冷水引发的围岩温度骤降情况下的围岩破裂机理试验还较少被关注。因此，可以通过室内模型试验来模拟实际工况的环境来研究其变化规律。
发明内容
本发明提供了一种高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统，能够模拟高地温在温度骤降作用对围岩-衬砌温度场、应力场变化规律的试验。
实现本发明目的的高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统，包括：
高地温引水隧洞相似材料模型系统，包括原岩和位于原岩内的衬砌模型；
数据采集系统，包括电脑，与电脑相连的静态应变测试系统，与静态应变测试系统相连的温度记录仪，位于原岩内的温度传感器和位于衬砌模型内的预置应变片载体；所述温度传感器与温度记录仪相连，所述预置应变片载体与静态应变测试系统相连；
恒温循环供热装置，包括位于原岩四周的智能温控循环水加热器；
围压模拟装置，包括位于原岩四周的围岩压力板和与围岩压力板外表面接触的千斤顶，所述千斤顶能够推动围岩压力板给原岩施压；
保温装置，包括位于原岩外部的保温装置箱体，填充在保温装置箱体内的保温材料。
所述衬砌模型的材料配比是经过大量正交试验且满足符合实际工况的配和比。
所述智能温控循环水加热器包括循环恒温加热系统和位于原岩四周的储水箱体，所述循环恒温加热系统的进水管和出水管分别与储水箱体相通。
所述储水箱体的中部设有通孔，所述围岩压力板位于储水箱体与原岩之间，所述千斤顶通过通孔接触围岩压力板，进行施压。
所述储水箱体为四个，分别位于原岩的四周，所述循环恒温加热系统设有四个进水管和四个出水管，每个储水箱体上都连接有一个进水管和一个出水管；所述围岩压力板也为四个，所述围岩压力板的外表面分别设有至少一个千斤顶。
本发明的高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统的有益效果如下：
本发明的高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统，采用自动智能电脑数据采集系统，操作简单，安全性高，数据准确。
本装置的恒温循环电热水供热装置，可以实现实时温度智能控制，根据具体工况设定不同温度。
本装置的围岩相似供热箱体装置，对围岩-衬砌相似材料模型可以实现全方位接触恒定恒温供热。温度计显示箱体内部水的温度，排气阀调节内部气压，排水阀排掉箱体水。千斤顶提供压力来模拟岩体的围压。本试验装置支持模拟高地温在温度骤降作用对围岩-衬砌温度场、应力场变化规律的试验。
附图说明
图1为本发明的高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明的高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统，包括：
高地温引水隧洞相似材料模型系统，包括原岩7和位于原岩7内的衬砌模型6；
数据采集系统，包括电脑10，与电脑10相连的静态应变测试系统11，与静态应变测试系统11相连的温度记录仪12，位于原岩7内的温度传感器4和位于衬砌模型6内的预置应变片载体14；所述温度传感器4与温度记录仪12相连，所述预置应变片载体14与静态应变测试系统11相连；
恒温循环供热装置，包括位于原岩7四周的智能温控循环水加热器；
围压模拟装置，包括位于原岩7四周的围岩压力板9和与围岩压力板9外表面接触的千斤顶3，所述千斤顶3能够推动围岩压力板9给原岩7施压；
保温装置，包括位于原岩7外部的保温装置箱体15，填充在保温装置箱体15内的保温材料5。
所述衬砌模型6和原岩7的材料配比是经过大量正交试验且满足符合实际工况的配和比。
实施例2：
如图1所示，本实施例的高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统与实施例1的基本结构和原理相同，不同的是：所述智能温控循环水加热器包括循环恒温加热系统13和位于原岩7四周的储水箱体8，所述循环恒温加热系统13的进水管1和出水管2分别与储水箱体8相通。所述储水箱体8的中部设有通孔，所述围岩压力板9位于储水箱体8与原岩7之间，所述千斤顶3通过通孔接触围岩压力板9，进行施压。
所述储水箱体8为四个，分别位于原岩7的四周，所述循环恒温加热系统13设有四个进水管1和四个出水管2，每个储水箱体8上都连接有一个进水管和一个出水管；所述围岩压力板9也为四个，所述围岩压力板9的外表面分别设有至少一个千斤顶3。
本发明的高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统工作原理如下：
衬砌模型内部设有预置应变片载体，另一端连接静态应变采集系统，采集由温度骤降引起结构应力、应变、温度变化的数据。原岩内布置温度传感器，另一端连接温度记录仪，检测原岩内部的实际温度值。储水箱体的进出水口分别连接循环恒温加热系统，当系统开始工作时，通过控制调节该加热系统的设置温度，实现模拟不同工况下的高地温。通过调节千斤顶模拟原岩围岩的压力。模型加温后温度达到恒定，便可进行通冷水试验，收集记录数据。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统，包括：
高地温引水隧洞相似材料模型系统，包括原岩和位于原岩内的衬砌模型；
数据采集系统，包括电脑，与电脑相连的静态应变测试系统，与静态应变测试系统相连的温度记录仪，位于原岩内的温度传感器和位于衬砌模型内的预置应变片载体；所述温度传感器与温度记录仪相连，所述预置应变片载体与静态应变测试系统相连；
恒温循环供热装置，包括位于原岩四周的智能温控循环水加热器；
围压模拟装置，包括位于原岩四周的围岩压力板和与围岩压力板外表面接触的千斤顶，所述千斤顶能够推动围岩压力板给原岩施压；
保温装置，包括位于原岩外部的保温装置箱体，填充在保温装置箱体内的保温材料。
2.根据权利要求1所述的高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统，其特征在于：所述智能温控循环水加热器包括循环恒温加热系统和位于原岩四周的储水箱体，所述循环恒温加热系统的进水管和出水管分别与储水箱体相通。
3.根据权利要求2所述的高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统，其特征在于：所述储水箱体的中部设有通孔，所述围岩压力板位于储水箱体与原岩之间，所述千斤顶通过通孔接触围岩压力板，进行施压。
4.根据权利要求3所述的高地温引水隧洞围岩、衬砌结构等材料的模型试验系统，其特征在于：所述储水箱体为四个，分别位于原岩的四周，所述循环恒温加热系统设有四个进水管和四个出水管，每个储水箱体上都连接有一个进水管和一个出水管；所述围岩压力板也为四个，所述围岩压力板的外表面分别设有至少一个千斤顶。
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