CN111965008A - 一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置 - Google Patents
一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111965008A CN111965008A CN202010959907.6A CN202010959907A CN111965008A CN 111965008 A CN111965008 A CN 111965008A CN 202010959907 A CN202010959907 A CN 202010959907A CN 111965008 A CN111965008 A CN 111965008A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rock
- rock mass
- test piece
- test device
- roadway excavation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 19
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004820 Pressure-sensitive adhesive Substances 0.000 description 2
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
- G01N3/12—Pressure testing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，包括其特征在于：包括底部加压盘、围岩试件、钢垫片、顶部密封盘、顶部加压盘、密封固定杆，底部加压盘包含凹槽I、高压五针接线柱I、数据传输线I、螺纹孔I；围岩试件放置在底部加压盘正上方，顶部密封盘放置在钢垫片正上方，顶部加压盘放置在顶部密封盘正上方，密封固定杆及螺母来固定底部加压盘和顶部加压盘。本发明可以实现岩体内部应力的卸荷，很好地模拟三维状态下巷道开挖卸荷过程，不会对围岩产生附加扰动，能够考虑实际开挖过程中掌子面及前方待开挖岩体对围岩的支撑作用，能够获得卸荷过程中围岩的变形及声学等参数的实时响应。
Description
技术领域
一种涉及模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，属于地下工程开挖卸荷试验技术领域。该试验装置可以实现岩体内部应力的卸荷，很好地模拟三维状态下巷道开挖卸荷过程，不会对围岩产生附加扰动，能够精确控制卸荷量及卸荷速度，模拟不同施工工法的巷道开挖卸荷。
背景技术
随着我国经济基础建设的加速发展，岩体工程的规模和数量不断增加，工程的复杂性也日益增加。特别是地下空间的开发及深部地下资源的安全高效开采，已经对岩石力学提出了更高的要求。巷道掘进实际上是卸荷过程中围岩应力状态在时间和空间上的动态调整，由开挖前的原岩应力状态调整为开挖后的二次应力状态。这个扰动过程必然导致围岩的性质发生改变。通常，在地下隧道及采矿工程中采用不同的开挖施工工法，对围岩性质造成的影响程度不同，特别是遇到高地应力条件及脆硬岩石环境，更容易引起严重灾害。
目前，实验室内通常采用两种技术方案模拟巷道开挖。其一是，采用机械钻掘设备直接取出开挖体的开挖方法，缺点是：1.试验模型处于二维状态状态，取出开挖体会对模型的洞壁岩体产生摩擦震动，影响监测仪器采集数据，从而对试验结果造成影响；2.无法精确的控制开挖速度，造成测量数据结果差异。其二是，在试验前将模型试件提前预留孔洞，并使用者蜡和松香等易融化体进行填充，在模型加载过程中，加热使蜡和松香融化，来代替待开挖体的取出过程，缺点是：1.填充待开挖体的刚度较小，不能承担较大的力，故不能模拟较高应力状态的开挖。2.填充体融化不均匀，会造成模型孔洞产生应力集中，从而影响试验效果。3.无法模拟不同施工工法的开挖。同时，这两种模拟巷道开挖的技术方案均没有考虑实际开挖过程中掌子面及前方待开挖岩体对围岩的支撑作用及开挖对其造成的影响。
发明内容
为了克服上述现有装置在模拟巷道开挖过程中存在的不足，本发明提供一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，不会对围岩产生附加扰动，能够考虑实际开挖过程中掌子面及前方待开挖岩体对围岩的支撑作用及开挖施工工法对其造成的影响，能够精确控制卸荷量及卸荷速度，模拟不同施工工法的巷道开挖卸荷，同时能够获得卸荷过程中围岩的变形及声学等参数的实时响应。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：
一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，包括底部加压盘、围岩试件、钢垫片、顶部密封盘、顶部加压盘、密封固定杆，其中：
底部加压盘包含凹槽I、高压五针接线柱I、数据传输线I，底部加压盘底部伸出的两翼上预设螺纹孔I；
外部包裹外橡胶膜的围岩试件上设有应变片及声发射传感器，放置在所述底部加压盘的正上方，其特征在于：所述围岩试件内部预设有开孔巷道，在开孔巷道内放置内橡胶膜，正上方放置钢垫片；
顶部密封盘侧面含有凹槽II及凹槽III，放置在钢垫片正上方；
顶部加压盘含有放置密封圈的凹槽IV，其特征在于：所述顶部加压盘一侧设有进油口接头另一侧设有出油口接头，顶部伸出的两翼上预设螺纹孔II，使用两端刻有螺纹的密封固定杆及螺母固定底部加压盘和顶部加压盘；
进一步的，高压五针接线柱I数量为6个，对称分布在底部加压盘侧面，数据传输线I的数量为30根，一端连接围岩试件上应变片，另一端连接导出应变数据。
进一步的，预设螺纹孔I的数量为两个，对称分布。
进一步的，所述围岩试件为圆柱体，内有部分开孔巷道，巷道中心与圆柱体同心，开孔长度可为巷道半径的倍数，开孔半径范围10～50mm。
进一步的，外橡胶模两端开口包裹在围岩试件外部，凹槽I和凹槽III分别用来固定外橡胶模的两端，外橡胶模厚度可为1～3mm。
进一步的，内橡胶膜一端开口一端封闭，凹槽II用来固定内橡胶膜开口一端，内橡胶膜厚度为0.5mm。
进一步的，钢垫片垫放在顶部密封盘正上方，钢垫片可以取下更换，根据围岩试件高度及开孔半径的改变更换不同尺寸。
进一步的，在顶部加压盘两侧的进油口接头、出油口接头采用高强不锈钢材质，密封效果好，耐高压。
进一步的，预设螺纹孔II的数量为两个，对称分布。
进一步的，密封固定杆采用优质高强钢材，两端刻有不同长度的螺纹，数量为两根，对称分布，能够将围岩试件固定在试验装置内，防止试件在油液浮力等外力作用下移动，导致轴向偏压的产生。
进一步的，6个声发射传感器布置在外橡胶模外表面，使用压敏胶带固定。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)能够实现岩体内部卸荷，很好地模拟巷道开挖卸荷过程。
(2)可以精确的控制开挖卸荷的速度。
(3)可以研究巷道开挖过程中围岩的变形规律及声发射特征。
(4)可以研究巷道开挖对掌子面前方的待开挖围岩体的影响。
(5)可以研究巷道开挖面空间效应。
附图说明
图1是本发明中岩体内部卸荷试验装置的结构示意图。
图2是本发明中底部加压盘结构示意图。
图3是本发明中钢垫片的结构示意图。
图4是本发明中顶部密封盘的结构示意图。
图5是本发明中顶部加压盘的结构示意图。
图6是本发明中密封固定杆结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明的试验装置实施步骤作进一步的详细说明。应当表明，本领域技术人员在未做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护范围。
实施例：一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，如附图1-6所示。
步骤一、试样制备
制备试样并在围岩试样内部预埋及内外侧壁对称黏贴应变片，在试件表面标记声发射传感器安装点位。
步骤二、密封装置组装
(1)将底部加压盘放置水平后，将数据传输线I输出端连接在应变仪上；
(2)将围岩试样封闭端朝下置于底部加压盘的正上方，将数据传输线I输入端焊接在应变片连接线上，将连接线用胶布均匀固定在围岩试件表面；
(3)将外橡胶膜套在围岩试件外侧，外橡胶膜下端使用高弹绳固定在凹槽I内；
(4)内橡胶膜置于试件内部预制孔洞内，封闭端朝下，开口端朝上；
(5)将钢垫片及顶部密封盘卡嵌固定后，置于围岩试件正上方，并将内橡胶膜开口端使用高弹绳固定在凹槽III内；
(6)将外橡胶膜上端使用高弹绳固定在凹槽II内；
(7)将两根密封固定杆螺纹长度较短一端拧紧在底部加压盘两翼的螺纹孔内；
(8)将密封固定杆螺纹长度较长一端穿过顶部加压盘两翼的螺纹孔内，盖紧顶部加压盘并保证顶部加压盘上端面水平；
(9)调整各构件的位置，保证中心位置对准后，安装并拧紧螺母；
(10)在围岩试件上标记声发射传感器安装点位处再次标记在外橡胶膜表面，方便更清楚的观察点位的位置；
(11)在外橡胶膜标记处安装声发射传感器，并使用压敏胶带进行固定。
步骤三、三向初始应力加载
密封装置安装完成后置于小型巷道围岩试件加、卸载腔内，将进油管和出油管分别连接进油口接头和出油口接头，并打开内腔压力控制系统，打开SAM-3000型微机控制电液伺服岩石三轴试验机的控制系统、液压系统、数据采集系统，打开声发射采集系统，打开应变采集系统，根据试验方案开始进行围岩试件轴向、开孔内侧、外侧的应力加载，稳定一段时间至围岩变形及应力场稳定。
步骤四、开挖卸荷试验
(1)控制内腔增压泵卸载围岩试件开孔内侧的压力来完成巷道开挖过程的模拟。
(2)设置不同卸荷速度进行孔内压力的卸除，模拟不同施工工法下的巷道开挖过程。
Claims (10)
1.一种涉及模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：包括底部加压盘(1)、围岩试件(2)、钢垫片(3)、顶部密封盘(4)、顶部加压盘(5)、密封固定杆(6)，其中：
底部加压盘(1)包含凹槽I(11)、高压五针接线柱I(12)、数据传输线I(13)，底部加压盘(1)底部伸出的两翼上预设螺纹孔I(14)；
外部包裹外橡胶膜(21)的围岩试件(2)上设有应变片(22)及声发射传感器(23)，放置在所述底部加压盘(1)的正上方，其特征在于：所述围岩试件(2)内部预设有开孔巷道(24)，在开孔巷道(24)内放置内橡胶膜(25)，正上方放置钢垫片(3)；
顶部密封盘(4)侧面含有凹槽II(41)及凹槽III(42)，放置在钢垫片(3)正上方；
顶部加压盘(5)含有放置密封圈(53)的凹槽IV(54)，其特征在于：所述顶部加压盘(5)一侧设有进油口接头(51)另一侧设有出油口接头(52)，顶部伸出的两翼上预设螺纹孔II(54)，使用两端刻有螺纹(62)的密封固定杆(6)及螺母(61)固定底部加压盘(1)和顶部加压盘(5)。
2.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：高压五针接线柱I(12)数量为6个，对称分布在底部加压盘(1)侧面，数据传输线I(13)的数量为30根，一端连接围岩试件(2)上的应变片(22)，另一端连接导出应变数据。
3.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：预设螺纹孔I(14)的数量为两个，对称分布。
4.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：所述围岩试件(2)为圆柱体，内有部分开孔巷道(24)，巷道中心与圆柱体同心，开孔长度可为巷道半径的倍数，开孔半径范围10～50mm。
5.根据权利要求4所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：外橡胶模(21)两端开口包裹在围岩试件(2)外部，凹槽I(11)和凹槽III(42)分别用来固定外橡胶模的两端，外橡胶模厚度可为1～3mm。
6.根据权利要求5所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：内橡胶膜(25)一端开口一端封闭，凹槽II(41)用来固定内橡胶膜(25)开口一端，内橡胶膜厚度为0.5mm。
7.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：钢垫片(3)垫放在顶部密封盘(4)的正上方，钢垫片(3)可以取下更换，根据围岩试件(2)高度及开孔半径的改变更换不同尺寸。
8.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：在顶部加压盘(5)两侧的进油口接头(51)、出油口接头(52)采用高强不锈钢材质，密封效果好，耐高压。
9.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：预设螺纹孔II(54)的数量为两个，对称分布。
10.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置，其特征在于：密封固定杆(6)采用优质高强钢材，两端刻有不同长度的螺纹，数量为两根，对称分布，能够将围岩试件(2)固定在试验装置内，防止试件在油液浮力等外力作用下移动，导致轴向偏压的产生。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010959907.6A CN111965008A (zh) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010959907.6A CN111965008A (zh) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111965008A true CN111965008A (zh) | 2020-11-20 |
Family
ID=73393125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010959907.6A Pending CN111965008A (zh) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111965008A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112816332A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-18 | 长安大学 | 一种模拟隧道穿越柱状节理岩体的试验方法 |
| CN113790950A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-14 | 长春市镨策试验仪器有限责任公司 | 用于模拟高储能岩体开挖卸荷试验的承压装置及密封方法 |
-
2020
- 2020-09-14 CN CN202010959907.6A patent/CN111965008A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112816332A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-18 | 长安大学 | 一种模拟隧道穿越柱状节理岩体的试验方法 |
| CN113790950A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-14 | 长春市镨策试验仪器有限责任公司 | 用于模拟高储能岩体开挖卸荷试验的承压装置及密封方法 |
| CN113790950B (zh) * | 2021-09-17 | 2022-05-17 | 长春市镨策试验仪器有限责任公司 | 用于模拟高储能岩体开挖卸荷试验的承压装置及密封方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109540788B (zh) | 模拟地压作用下岩土与锚固体粘结性能的测试方法及系统 | |
| CN1257407C (zh) | ‘波流－结构物－海床’动力耦合实验模拟方法及其装置 | |
| CN105716960A (zh) | 复杂地下水环境下的基坑开挖模型试验装置 | |
| CN105672379B (zh) | 动态承压水作用的基坑开挖模型试验装置 | |
| CN111965008A (zh) | 一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置 | |
| CN103389247A (zh) | 一种用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂的试验系统 | |
| CN103674679B (zh) | 缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置及试验方法 | |
| WO2021088238A1 (zh) | 一种基于 shpb 试验系统的试件动态侧向应变测量装置及方法 | |
| CN107449678A (zh) | 大型原位三轴剪切试验装置及其方法 | |
| CN202903654U (zh) | 桩与土或沉井壁与土或尾矿的接触面摩擦系数测试装置 | |
| CN111811946A (zh) | 基于真实水环境下岩石应力-化学耦合蠕变试验装置及其测试方法 | |
| CN105675846B (zh) | 潜水位和承压水头协同升降的基坑开挖模型试验装置 | |
| US20200300746A1 (en) | Physical simulation and calibration device and method for formation pressure testing | |
| CN113063664B (zh) | 油气井固井水泥环第一界面拉伸胶结强度测试装置及方法 | |
| CN106959270A (zh) | 固井一界面胶结强度养护装置、测试装置及测试方法 | |
| CN114965077A (zh) | 一种自动化高精度岩石膨胀试验装置及其使用方法 | |
| CN216646507U (zh) | 一种深地下岩石开挖效应模拟试验装置 | |
| CN205712213U (zh) | 动态承压水作用的基坑开挖模型试验装置 | |
| CN113790853B (zh) | 一种储气库盖层岩石动态密封性的综合测试平台 | |
| CN105372390A (zh) | 一种三维注浆试验装置及试验方法 | |
| CN105672378B (zh) | 模拟承压水头升降的基坑开挖模型试验装置 | |
| CN212693441U (zh) | 一种模拟巷道开挖的岩体内部卸荷试验装置 | |
| CN207074213U (zh) | 土工离心模型试验用液压固结装置 | |
| CN105758606A (zh) | 抗抛锚的海底管道应变响应实验测量装置 | |
| CN211978534U (zh) | 一种堆石料试验装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201120 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |