CN117129657B - 一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及围岩开挖失稳测试装置技术领域，具体公开了一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置，包括底座，底座上侧对称设有两个夹持装置，两个夹持装置之间夹持固定有试样，所述试样内设有空洞，试样外侧设有导向孔，导向孔内设有滑杆；还包括加压装置，加压装置用于推动滑杆向空洞移动。本发明通过在试样内设置空洞，采用隧道开挖面与空洞内、外或相交，在开挖到空洞的位置时，由于滑杆受到加压装置的推力，使得空洞位置的岩体容易崩落，便于提前验证支护措施的合理性，便于提前论证，降低在实际施工过程中出现的风险。

Description

一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置

技术领域

本发明涉及围岩开挖失稳测试装置技术领域，尤其涉及一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置。

背景技术

隧道等地下洞室修建与运营过程中存在较多的灾害问题。隧道施工过程中由于隧道围岩的结构面交切组合形成大量危险块体，施工扰动等作用下这些危险块体往往会发生失稳坠落，造成施工人员伤亡以及机械设备损坏。因此，岩体结构信息获取分析是避免危石垮塌灾害的重要手段。

现有技术如专利公告号CN108254205B的一种隧道危石垮塌室内大型综合模拟试验平台及方法，公开了隧道掌子面开挖的渐进失稳过程、模拟裂隙岩体围岩受隧道开挖影响的失稳过程。

由于采用了人工浇筑的试样，且只能在试样外围进行施压，当围岩内部存在裂隙、空洞时，与隧道开挖面相临近时，浇筑的试样难以达到实际岩体失稳的状况，从而存在模拟的局限性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置，从而解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置，包括底座，底座上侧对称设有两个夹持装置，两个夹持装置之间夹持固定有试样，所述试样内设有空洞，试样外侧设有导向孔，导向孔内设有滑杆；

还包括加压装置，加压装置用于推动滑杆向空洞移动。

优选地，所述夹持装置包括滑块，底座上侧设有滑槽，滑块滑动连接在滑槽内，滑块上侧固定连接夹板，底座上侧固定连接气缸，气缸的伸缩杆与夹板固定连接。

优选地，所述夹板上侧设有安装槽，安装槽内转动连接绕卷辊，两个夹板上的绕卷辊之间共同绕卷有弹性带，试样顶部呈弧形，弹性带覆盖在试样顶部，每个夹板一侧固定连接绕卷电机，绕卷电机的主轴与绕卷辊同轴固定连接，两个绕卷辊异向转动对弹性带绷紧或松弛；

弹性带设有避让孔，避让孔用于避让滑杆。

优选地，所述滑杆为空心杆。

优选地，所述空洞内设有脆性壳体，脆性壳体内装有碎石，所述滑杆与脆性壳体固定连接。

优选地，所述加压装置包括导向杆，导向杆固定连接在底座一侧，所述底座另一侧固定连接两个立板，两个立板之间转动连接螺杆，其中一个立板固定连接第一电机，第一电机的主轴与螺杆固定连接，螺杆转动连接弧形导轨，弧形导轨一端设有滑孔，所述导向杆由滑孔穿过，螺杆转动驱使弧形导轨沿导向杆轴向滑动；

所述弧形导轨滑动连接滑套，所述滑套一侧固定连接电动推杆。

优选地，所述弧形导轨外弧面设有沉槽，所述滑套螺纹连接锁紧杆，所述锁紧杆能够抵紧沉槽的槽底。

优选地，所述空洞至少设置两个，两个空洞位于试样轴向的不同位置且离试样顶部距离不同，所述滑杆设置刻度线。

本发明的优点在于：本发明所提供的一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置通过在试样内设置空洞，采用隧道开挖面与空洞内、外或相交，在开挖到空洞的位置时，由于滑杆受到加压装置的推力，使得空洞位置的岩体容易崩落，便于提前验证支护措施的合理性，便于提前论证，降低在实际施工过程中出现的风险。

本发明通过第一电机驱使螺杆转动，弧形导轨沿导向杆轴向滑动，滑套在弧形导轨是滑动位置并通过锁紧杆锁定位置，使得电动推杆移动到不同滑杆的轴向位置，便于对不同位置的滑杆施加压力，能够测试隧道开挖面的外轮廓与空洞内、外或相交等不同状态下，空洞失稳，支护模板或加固措施的加固效果。

附图说明

图1是本发明的基本结构示意图；

图2是本发明另一视角视图且试件内部空洞剖视图；

图3是本发明图2中的E处局部放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-3所示，本发明提供的一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置，包括底座1，底座1上侧对称设有两个夹持装置2，两个夹持装置2之间夹持固定有试样3，其特征在于：所述试样3内设有空洞31，试样3外侧设有导向孔32，导向孔32内设有滑杆4，所述空洞31至少设置两个；

试样3为开挖区域取样时，则先地质雷达探测出含有空洞31的岩块，在试样3上施钻，则导向孔32不与空洞31连通，滑杆4在开挖时额外提供压力，作用于空洞31外层，便于测试真实场景下岩体的力学性能；

两个空洞31位于试样3轴向的不同位置且离试样3顶部距离不同，所述滑杆4设置刻度线，便于设置埋深深度，所述空洞31内设有脆性壳体33，脆性壳体33内装有碎石，所述滑杆4与脆性壳体33固定连接，脆性壳体33如采用塑料壳，并在塑料壳上设置多条深度达壁厚2/3以上的刻痕，便于脆性壳体33受压碎裂，模拟岩体开挖碎石崩落；

受制于场地、测试装备体积限制，优选采用浇模预制岩体，在浇筑前，使用支架将滑杆4和下端连着的脆性壳体33支撑在不同高度，浇筑获得不同空洞31位置的试样3，空洞31设置的高度，在隧道开挖面与空洞31内、外或相交，开挖机械和支护模板或加固措施，采用比例缩小的方式进行模拟，从而能够模拟不同状态的岩体失稳情况；

还包括加压装置5，加压装置5用于推动滑杆4向空洞31移动。

本发明通过在试样3内设置空洞31，采用隧道开挖面与空洞31内、外或相交，在开挖到空洞31的位置时，由于滑杆4受到加压装置5的推力，使得空洞31位置的岩体容易崩落，便于提前验证支护措施的合理性，便于提前论证，降低在实际施工过程中出现的风险。

实施例2

如图1-3所示，所述夹持装置2包括滑块21，底座1上侧设有滑槽22，滑块21滑动连接在滑槽22内，滑块21上侧固定连接夹板23，底座1上侧固定连接气缸24，气缸24的伸缩杆与夹板23固定连接。

具体的，所述夹板23上侧设有安装槽25，安装槽25内转动连接绕卷辊26，两个夹板23上的绕卷辊26之间共同绕卷有弹性带27，试样3顶部呈弧形，弹性带27覆盖在试样3顶部，每个夹板23一侧固定连接绕卷电机28，绕卷电机28的主轴与绕卷辊26同轴固定连接，两个绕卷辊26异向转动对弹性带27绷紧或松弛；

弹性带27设有避让孔，避让孔用于避让滑杆4。

在本实施例中，试样3放置在两个夹板23之间，试样3的夹持面设置压力传感，试样3的顶面设置贴片式压力传感器，两个夹板23在气缸24的推动下对试样3形成夹持并提供侧压力，夹板23夹持到位后，两个绕卷辊26反向旋转，使得弹性带27绷紧，弹性带27收缩形成对试样3顶面下压的顶压力，从而在试件3周围模拟构建围岩压力；

试件3外围的压力构建完成后，利用比例缩放的挖机，在试件3端面进行隧道开挖面的开挖，当隧道开挖面到达空洞31位置后，在隧道开挖面内进行支护，对滑杆4施加进一步的压力，使得岩体失稳的情况加剧，测试支护结构的稳定性，从而论证施工措施的可靠性，便于运用于实际工程中，提高施工的安全性。

进一步，所述滑杆4为空心杆，可以由滑杆4内灌水，模拟进一步的恶化环境。

实施例3

如图1-3所示，所述加压装置5包括导向杆51，导向杆51固定连接在底座1一侧，所述底座1另一侧固定连接两个立板52，两个立板52之间转动连接螺杆53，其中一个立板52固定连接第一电机54，第一电机54的主轴与螺杆53固定连接，螺杆53转动连接弧形导轨55，弧形导轨55一端设有滑孔，所述导向杆51由滑孔穿过，螺杆53转动驱使弧形导轨55沿导向杆51轴向滑动；

所述弧形导轨55滑动连接滑套56，所述滑套56一侧固定连接电动推杆57，电动推杆57的推动杆端头设置压力传感器，记录对滑杆4压力的数值。

具体的，所述弧形导轨55外弧面设有沉槽58，所述滑套56螺纹连接锁紧杆59，所述锁紧杆59能够抵紧沉槽58的槽底。

在该实施例中，第一电机54驱使螺杆53转动，弧形导轨55沿导向杆51轴向滑动，滑套56在弧形导轨55是滑动位置并通过锁紧杆59锁定位置，使得电动推杆57移动到不同滑杆4的轴向位置，便于对不同位置的滑杆4施加压力，能够测试隧道开挖面的外轮廓与空洞31内、外或相交等不同状态下，空洞31失稳，支护模板或加固措施的加固效果。

本发明的整体工作原理如下：

1.采用浇模预制岩体，在浇筑前，使用支架将滑杆4和下端连着的脆性壳体33支撑在不同高度，浇筑获得不同空洞31位置的试样3，空洞31设置的高度，在隧道开挖面与空洞31内、外或相交。

2.试样3放置在两个夹板23之间，夹板23夹持到位后，两个绕卷辊26反向旋转，使得弹性带27绷紧，弹性带27收缩形成对试样3顶面下压的顶压力，从而在试件3周围模拟构建围岩压力；

试件3外围的压力构建完成后，利用比例缩放的挖机，在试件3端面进行隧道开挖面的开挖，当隧道开挖面到达空洞31位置后，在隧道开挖面内进行支护。

3.第一电机54驱使螺杆53转动，弧形导轨55沿导向杆51轴向滑动，滑套56在弧形导轨55是滑动位置并通过锁紧杆59锁定位置，使得电动推杆57移动到不同滑杆4的轴向位置，便于对不同位置的滑杆4施加压力，能够测试隧道开挖面的外轮廓与空洞31内、外或相交等不同状态下，空洞31失稳，支护模板或加固措施的加固效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置，包括底座（1），底座（1）上侧对称设有两个夹持装置（2），两个夹持装置（2）之间夹持固定有试样（3），其特征在于：所述试样（3）内设有空洞（31），试样（3）外侧设有导向孔（32），导向孔（32）内设有滑杆（4）；

还包括加压装置（5），加压装置（5）用于推动滑杆（4）向空洞（31）移动；

所述夹持装置（2）包括滑块（21），底座（1）上侧设有滑槽（22），滑块（21）滑动连接在滑槽（22）内，滑块（21）上侧固定连接夹板（23），底座（1）上侧固定连接气缸（24），气缸（24）的伸缩杆与夹板（23）固定连接；

所述夹板（23）上侧设有安装槽（25），安装槽（25）内转动连接绕卷辊（26），两个夹板（23）上的绕卷辊（26）之间共同绕卷有弹性带（27），试样（3）顶部呈弧形，弹性带（27）覆盖在试样（3）顶部，每个夹板（23）一侧固定连接绕卷电机（28），绕卷电机（28）的主轴与绕卷辊（26）同轴固定连接，两个绕卷辊（26）异向转动对弹性带（27）绷紧或松弛；

弹性带（27）设有避让孔，避让孔用于避让滑杆（4）；

所述滑杆（4）为空心杆；

所述空洞（31）内设有脆性壳体（33），脆性壳体（33）内装有碎石，所述滑杆（4）与脆性壳体（33）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置，其特征在于：所述加压装置（5）包括导向杆（51），导向杆（51）固定连接在底座（1）一侧，所述底座（1）另一侧固定连接两个立板（52），两个立板（52）之间转动连接螺杆（53），其中一个立板（52）固定连接第一电机（54），第一电机（54）的主轴与螺杆（53）固定连接，螺杆（53）转动连接弧形导轨（55），弧形导轨（55）一端设有滑孔，所述导向杆（51）由滑孔穿过，螺杆（53）转动驱使弧形导轨（55）沿导向杆（51）轴向滑动；

所述弧形导轨（55）滑动连接滑套（56），所述滑套（56）一侧固定连接电动推杆（57）。

3.根据权利要求2所述的一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置，其特征在于：所述弧形导轨（55）外弧面设有沉槽（58），所述滑套（56）螺纹连接锁紧杆（59），所述锁紧杆（59）能够抵紧沉槽（58）的槽底。

4.根据权利要求2所述的一种高地应力岩体开挖失稳模拟装置，其特征在于：所述空洞（31）至少设置两个，两个空洞（31）位于试样（3）轴向的不同位置且离试样（3）顶部距离不同，所述滑杆（4）设置刻度线。