CN118130264A - 气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备及评价方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备及评价方法，用于测试待测岩样，测试设备包括伺服加载系统、约束组件、气囊以及气体发生器；约束组件放置于伺服加载系统；约束组件设有定位槽和临空面，待测岩样设置于定位槽内，气囊朝临空面穿设于待测岩样内部的通孔，且气囊连接气体发生器和外部监测设备。本申请能够根据实际需求控制气体发生器随时改变气囊的补偿应力，实现对围岩内部应力的灵活控制与补偿，方便实时监测气囊压力变化以及判断待测岩样内部应力分布和性能变化。

Description

气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备及评价方法

技术领域

本申请涉及岩样处理技术领域，特别是涉及一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备及评价方法。

背景技术

随着地下空间开发利用的不断深化，地下工程面临的围岩失稳问题日益突出。在工程活动过程中，围岩受到开挖、爆破等动力作用的影响，易于诱发一系列的失稳破坏现象，这对地下工程的安全性造成了重大威胁。为确保深部巷道围岩在长时间跨度下的稳定性，传统的工程实践中常常采用锚杆支护技术，通过植入锚杆并施加预应力来加固围岩结构。

然而，锚杆支护的加固方式容易受到多种外界条件因素的制约，如锚杆的最佳布置、密度的选择、预应力施加的准确度和力度控制等，这些问题往往使得锚杆支护的操作和监测变得更加繁琐。

发明内容

本申请提供了一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备及评价方法，能够根据实际需求控制气体发生器随时改变气囊的补偿应力，实现对围岩内部应力的灵活控制与补偿，方便实时监测气囊压力变化以及判断待测岩样内部应力分布和性能变化。

第一方面，本申请提供了一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备，用于测试待测岩样，测试设备包括伺服加载系统、约束组件、气囊以及气体发生器；

约束组件放置于伺服加载系统；

约束组件设有定位槽和临空面，待测岩样设置于定位槽内，气囊朝临空面穿设于待测岩样内部的通孔，且气囊连接气体发生器和外部监测设备。

其进一步的技术方案为，待测岩样内部设有多个传感器组件，每一传感器组件设置于待测岩样内部对应的预设测点上。

其进一步的技术方案为，传感器组件包括固定件、连接件和传感器；

其中，固定件安装在待测岩样内部；

传感器通过连接件设置在固定件上。

其进一步的技术方案为，固定件包括两个垂直设置的铁丝网，每一铁丝网设置一个连接件，每一连接件粘贴有一对垂直排列的传感器。

其进一步的技术方案为，预设测点包括第一测点、第二测点、第三测点和第四测点；

其中，第一测点和第二测点沿待测岩样的z轴方向设置，第三测点和第四测点沿待测岩样的y轴方向设置，且第一测点、第二测点、第三测点以及第四测点距离待测岩样的质心的距离均为半径的若干倍。

第二方面，本申请提供了一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的评价方法，方法包括：

在无补偿支护条件下，利用伺服加载系统对待测岩样的顶端施加垂直荷载，得到第一待分析数据；

在多种预设气囊压力条件下，利用伺服加载系统对待测岩样的顶端施加垂直荷载，得到第二待分析数据；

基于第一待分析数据、第二待分析数据和待测岩样的尺寸数据，得到待测岩样的吸能指标、抗变形指标和承载力指标；

基于吸能指标、抗变形指标和承载力指标，得到气囊补偿支护下的围岩评价结果。

其进一步的技术方案为，基于第一待分析数据、第二待分析数据和待测岩样的尺寸数据，得到待测岩样的吸能指标、抗变形指标和承载力指标，包括：

获取待测岩样在无补偿支护条件下的第一吸收能量，以及在预设气囊压力条件下的第二吸收能量；

确定第二吸收能量与第一吸收能量的能量差，以及第一补偿应力与第二补偿应力的应力差；

基于能量差与应力差的比值，得到待测岩样的吸能指标。

其进一步的技术方案为，方法还包括：

确定待测岩样的塑性区半径；

基于塑性区半径以及传感器测出的应变数据，得到待测岩样的修正边界；

基于修正边界，得到待测岩样的塑性区评价指标；

基于塑性区评价指标，得到气囊补偿支护下的围岩评价结果。

其进一步的技术方案为，确定待测岩样的塑性区半径，包括：

获取待测岩样的材料内摩擦角、开洞半径、气囊补偿作用力，以及伺服加载系统对待测岩样的顶端施加的法向作用力；

基于材料内摩擦角、开洞半径、气囊补偿作用力，以及法向作用力，确定待测岩样的塑性区半径。

其进一步的技术方案为，修正边界包括椭圆区域的长半轴和短半轴，基于塑性区半径以及传感器测出的应变数据，得到待测岩样的修正边界，包括：

确定第一测点与第二测点分别在x轴方向、y轴方向以及z轴方向的应变力之和；

基于x轴方向的应变力之和、y轴方向的应变力之和、z轴方向的应变力之和，以及塑性区半径，得到椭圆区域的长半轴；

确定第三测点与第四测点分别在x轴方向、y轴方向以及z轴方向的应变力之和；

基于x轴方向的应变力之和、y轴方向的应变力之和、z轴方向的应变力之和，以及塑性区半径，得到椭圆区域的短半轴。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请通过将约束组件放置于伺服加载系统，将待测岩样设置于约束组件内设有的定位槽，确保待测岩样能够被精确固定在模拟实验的合适位置；另外，由于在地下工程中，围岩内部往往会因开挖或其他工程活动形成应力集中区域或临空面，这些区域容易出现应力失衡导致围岩失稳，基于此，本申请通过朝约束组件的临空面穿设于待测岩样内部的通孔设置气囊，以通过气囊在待测岩样内部形成动态应力补偿，能够更准确地模拟实际工程条件下围岩内部应力的分布和变化情况，并且将气囊与气体发生器以及外部监测设备相连，能够根据实际需求控制气体发生器随时改变气囊的补偿应力，实现对围岩内部应力的灵活控制与补偿，方便实时监测气囊压力变化以及判断待测岩样内部应力分布和性能变化，改善相关技术因采用锚杆支护的加固方式导致操作和监测比较繁琐的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的伺服加载系统的结构示意图；

图3是本申请提供的气囊与外部监测设备的连接示意图；

图4是本申请提供的气囊的结构示意图；

图5是本申请提供的气囊补偿支护的结构示意图；

图6是本申请提供的待测岩样设有传感器的结构示意图；

图7是本申请提供的预设测点的位置示意图；

图8是本申请提供的同一预设测点中各个传感器的位置示意图；

图9是本申请提供的待测岩样浇筑示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

随着地下空间开发利用的不断深化，地下工程面临的围岩失稳问题日益突出。在工程活动过程中，围岩受到开挖、爆破等动力作用的影响，易于诱发一系列的失稳破坏现象，这对地下工程的安全性造成了重大威胁。为确保深部巷道围岩在长时间跨度下的稳定性，传统的工程实践中常常采用锚杆支护技术，通过植入锚杆并施加预应力来加固围岩结构。

然而，锚杆支护的加固方式容易受到多种外界条件因素的制约，如锚杆的最佳布置、密度的选择、预应力施加的准确度和力度控制等，这些问题往往使得锚杆支护的操作和监测变得更加繁琐。

因此，为了解决现有技术中因采用锚杆支护的加固方式导致操作和监测比较繁琐的技术问题，本申请提供了一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备及评价方法。具体参阅图1至图9，以及以下实施例，其中，图1是本申请提供的气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备一实施例的结构示意图；图2是本申请提供的伺服加载系统的结构示意图；图3是本申请提供的气囊与外部监测设备的连接示意图；图4是本申请提供的气囊的结构示意图；图5是本申请提供的气囊补偿支护的结构示意图；图6是本申请提供的待测岩样设有传感器的结构示意图；图7是本申请提供的预设测点的位置示意图；图8是本申请提供的同一预设测点中各个传感器的位置示意图；图9是本申请提供的待测岩样浇筑示意图。

如图1-图5所示，本申请提供的气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备10用于测试待测岩样20，测试设备10包括伺服加载系统100、约束组件200、气囊300以及气体发生器400。

其中，伺服加载系统100作为测试设备10的核心承载结构，可以提供精确可控的加载力，将约束组件200放置于伺服加载系统100，将待测岩样20设置于约束组件200的定位槽210内，以使待测岩样20在约束组件200的约束下承受伺服加载系统100输出的相应加载力。

进一步地，将气囊300朝临空面220穿设于待测岩样20内部的通孔，且气囊300连接气体发生器400，气体发生器400能够根据实验要求向气囊300内注入或排出气体，以此调节气囊300内部的压力，从而实现对待测岩样20内部应力的动态补偿与控制。同时，气囊300还与外部监测设备500相连接，以便实时监测气囊300内部压力的变化，并判断待测岩样20（模拟围岩）内部的应力分布和性能变化。

如图3所示，外部监测设备500包括压力变送器510、电控与监测模块520、模量信号转换器530和监控电脑540。

将气囊300穿过石膏样本即待测岩样20，气体发生器400调试气囊300内部压力至实验设定值，经过压力变送器510，电控与检测模块520，传输至模量信号转换器530中，进而传输至监测电脑540实现对气囊300的压力监测。

该实施例通过将约束组件200放置于伺服加载系统100，将待测岩样20设置于约束组件200内设有的定位槽210，确保待测岩样20能够被精确固定在模拟实验的合适位置；另外，由于在地下工程中，围岩内部往往会因开挖或其他工程活动形成应力集中区域或临空面220，这些区域容易出现应力失衡导致围岩失稳，基于此，该实施例通过朝约束组件200的临空面220穿设于待测岩样20内部的通孔设置气囊300，以通过气囊300在待测岩样20内部形成动态应力补偿，能够更准确地模拟实际工程条件下围岩内部应力的分布和变化情况，并且将气囊300与气体发生器400以及外部监测设备500相连，能够根据实际需求控制气体发生器400随时改变气囊的补偿应力，实现对围岩内部应力的灵活控制与补偿，方便实时监测气囊300压力变化以及判断待测岩样20内部应力分布和性能变化，改善相关技术因采用锚杆支护的加固方式导致操作和监测比较繁琐的技术问题。

如图1所示，在一些实施例中，测试设备10还可以包括铁块30，铁块30可拆卸地放置于待测岩样20的顶部。

其中，铁块30用于与伺服加载系统100施加的加载液压柱进行校准配合，确保在整个加载过程中，作用于待测岩样20的力是均匀且垂直的，从而有效防止因加载力偏心造成的不利影响，保证实验结果的准确性和有效性。

如图6所示，在一些实施例中，待测岩样20内部设有多个传感器组件600，每一传感器组件600设置于待测岩样20内部对应的预设测点上。

其中，可以对立方体形的钢模具的前后板中心挖圆孔，利用与圆孔同样外径大小的钢管穿孔构成整个模具，且预设测点可以在前后面板距离圆心2倍和3倍半径的位置进行布置。

在一些实施例中，传感器组件600包括固定件610、连接件（图中未标出）和传感器630。

其中，固定件610安装在待测岩样20内部；传感器630通过连接件设置在固定件610上。

其中，固定件610包括两个垂直设置的铁丝网，每一铁丝网设置一个连接件，每一连接件粘贴有一对垂直排列的传感器630。

其中，连接件可以是石膏片或其他能够粘合的构件，传感器630可以是应变片或其他感应元件。

其中，铁丝网用于岩样时固定应变片的作用，示例性地，应变片具体的安装流程可以为：石膏试样浇筑之前，先准备内部尺寸为20mm×10mm×3mm的小型模具，浇筑液体石膏，浇筑成型后，形成应变片载体，将应变片贴在石膏片上，取尺寸为250mm×5mm的铁丝网穿过石膏片底部，与石膏片粘结，将铁丝网按照设计要求固定在待测岩样20模具的设定位置。

由于应变片和石膏片具有相似的弹性模量，因此，当石膏片固定应变片后，两者在受力时的变形程度相当，不容易因为材料属性差异而导致应变片脱黏或开裂失效。

即该实施例通过先将应变片粘贴或嵌入到石膏片上，通过石膏片的固化过程，使应变片与石膏片牢固结合，形成一体结构，然后将含有已固定应变片的石膏片再与铁丝网进行连接固定，并通过浇筑整体待测岩样20，将石膏片、应变片以及铁丝网全部包裹在待测岩样20内部，以让应变片能够更准确地捕捉到试样内部（尤其是铁丝网周边）的应力变化。

如图7-图8所示，在一些实施例中，每一预设测点在x轴方向、y轴方向和z轴方向均设有对应的传感器630，且x轴方向对应的传感器630数量为y轴方向和z轴方向对应的传感器630之和。

其中，优选地，预设测点在y轴方向和z轴方向均设有1个传感器630，在x轴方向设有2个传感器630。

该实施例通过在x轴方向设有2个传感器630，即可以在x轴方向测量两次，以用于矫正y轴方向和z轴方向的空间位置改变引起的偏差。

如图7-图8所示，在一些实施例中，预设测点包括第一测点、第二测点、第三测点和第四测点。

其中，第一测点和第二测点沿待测岩样20的z轴方向设置，第三测点和第四测点沿待测岩样20的y轴方向设置，且第一测点、第二测点、第三测点以及第四测点距离待测岩样20的质心的距离均为待测岩样20开孔半径的若干倍。

示例性地，第一测点、第二测点、第三测点和第四测点的具体设置可以参考图7所示，其中，图7中的A为第一测点，B为第二测点，C为第三测点，D为第四测点。

其中，待测岩样20的开孔直径为50mm，则开孔半径为25mm,石膏模型即待测岩样20的质心位坐标置为（100,100,100），第一测点为（100,100,175），第二测点为（100,100,150），第三测点为（100,50,100），第四测点为（100,25,100）。

可见，第一测点与开孔半径的之间的距离为75，即为开孔半径的3倍，第二测点与开孔半径的之间的距离为50，即为开孔半径的2倍。

同样地，第三测点与开孔半径的之间的距离为50，即为开孔半径的2倍，第四测点与开孔半径的之间的距离为75，即为开孔半径的3倍。

需要注意的是，预设测点的具体选取可以考虑现场的实际情况。

参阅图1-图9，上述实施例中待测岩样20的浇筑过程可以为：由组合式钢板21和圆形钢管22构成，组装完毕后，将应变片设置在铁丝网上，固定在组合式钢板21内部预设空间位置浇筑液体石膏，硬化后拆除工装可获取石膏模型，即得到待测岩样20。

基于上述测试设备10，本申请还提供一种气囊300补偿支护下的围岩评价方法，方法包括以下步骤：

步骤110：在无补偿支护条件下，利用伺服加载系统100对待测岩样20的顶端施加垂直荷载，得到第一待分析数据。

步骤120：在多种预设气囊300压力条件下，利用伺服加载系统100对待测岩样20的顶端施加垂直荷载，得到第二待分析数据。

步骤130：基于第一待分析数据、第二待分析数据和待测岩样20的尺寸数据，得到待测岩样20的吸能指标、抗变形指标和承载力指标。

其中，步骤130具体可以包括以下：

步骤131：获取待测岩样20在无补偿支护条件下的第一吸收能量，以及在预设气囊300压力条件下的第二吸收能量。

步骤132：确定第二吸收能量与第一吸收能量的能量差，以及第一补偿应力与第二补偿应力的应力差。

步骤133：基于能量差与应力差的比值，得到待测岩样20的吸能指标。

对于步骤131-步骤133，具体可以参考以下公式1和公式2：

，公式1。

，公式2。

其中，为气囊的补偿应力即第二补偿应力，/>为无气囊补偿应力即第一补偿应力，第一补偿应力和第二补偿应力可以由图4中的压力表410测得，/>为气囊的补偿应力为/>条件下的第二吸收能量，/>为待测岩样20在无补偿支护条件下的第一吸收能量，/>为待测岩样20的吸能指标。

其中，步骤130具体还可以包括以下：

步骤134：获取待测岩样20在无补偿支护条件下的第一竖向位移，以及在预设气囊300压力条件下的第二竖向位移。

步骤135：基于第一竖向位移、第二竖向位移、应力差以及待测岩样20的尺寸数据，得到待测岩样20的抗变形指标。

对于步骤134和步骤135，具体可以参考以下公式3：

，公式3。

其中，为待测岩样20的抗变形指标，/>为气囊的补偿应力为/>条件下，待测岩样20在伺服加载系统100施加的法向应力下产生的竖向位移量即第二竖向位移，/>为待测岩样20在无补偿支护条件下的第一竖向位移，/>为模具的尺寸即待测岩样20的尺寸数据，该实施例中/>优先为200mm。

另外，承载力指标的计算可以采用以下公式4：

，公式4。

其中，为试样的峰值承载力的提升评价指标即承载力指标，/>为气囊的补偿应力为/>条件下，伺服加载系统100对待测岩样20施加的法向应力。

步骤140：基于吸能指标、抗变形指标和承载力指标，得到气囊300补偿支护效应下待测岩样20的评价结果。

其中，气囊300支护效应的评价结果可以参考以下公式5：

，公式5。

其中，T为气囊300支护的综合评价指标，即气囊300支护效应下待测岩样20的评价结果，a1、a2、a3是对各项参数整合建立综合评价的单位，即a可以是对参数进行量化的单位，也可以是用于比较或衡量不同参数的单位。

在一些实施例中，还可以根据塑性区评价指标对待测岩样20进行评价，具体参考步骤：

步骤210：确定待测岩样20的塑性区半径。

其中，确定待测岩样20的塑性区半径，具体可以包括：

步骤211：获取待测岩样20的材料内摩擦角、开洞半径、气囊300补偿作用力，以及伺服加载系统100对待测岩样20的顶端施加的法向作用力。

步骤212：基于材料内摩擦角、开洞半径、气囊300补偿作用力，以及法向作用力，确定待测岩样20的塑性区半径。

对于步骤211和步骤212，具体可以参考以下公式6：

，公式6。

其中，为待测岩样20的塑性区半径，/>为开洞半径，/>为径向支护作用力即气囊300补偿应力，可以由图4中的压力表410测得，/>为伺服加载系统100对待测岩样20的顶端施加的法向作用力，/>为待测岩样20的材料内摩擦角，c为[0,1]的常数。

此外，依据不同气囊300补偿支护力下，产生的塑性变形区影响不同根据补偿力度建立塑性区分布指标。

步骤220：基于塑性区半径以及传感器630测出的应变数据，得到待测岩样20的修正边界。

其中，依据现场测试结果看到，由于上部和侧方边界约束不同，卸荷节理区的分布并非理想圆形而是一种似看为椭圆形分布，卸荷区围岩劣化程度，由围岩表层到深处为线性变化，基于四点处应变片测值给予修正方法。

其中，修正边界包括椭圆区域的长半轴和短半轴，步骤220具体可以包括：

步骤221：确定第一测点与第二测点分别在x轴方向、y轴方向以及z轴方向的应变力之和。

步骤222：基于x轴方向的应变力之和、y轴方向的应变力之和、z轴方向的应变力之和，以及塑性区半径，得到椭圆区域的长半轴。

对于步骤221至步骤222，具体可以参考以下公式7：

，公式7。

其中，为第一个测点在z轴方向上的传感器630所测的应变数据即第一测点在z轴方向上的应变力，/>为第一个测点在x轴方向上的传感器630所测的应变数据，/>为第一个测点在y轴方向上的传感器630所测的应变数据，/>为第二个测点在x轴方向上的传感器630所测的应变数据，/>为第二个测点在y轴方向上的传感器630所测的应变数据，/>为第二个测点在z轴方向上的传感器630所测的应变数据，a为椭圆区域的长半轴。

步骤223：确定第三测点与第四测点分别在x轴方向、y轴方向以及z轴方向的应变力之和。

步骤224：基于x轴方向的应变力之和、y轴方向的应变力之和、z轴方向的应变力之和，以及塑性区半径，得到椭圆区域的短半轴。

对于步骤223至步骤224，具体可以参考以下公式8：

，公式8。

其中，为第三测点在x轴方向上的应变力，/>为第三测点在y轴方向上的应变力，/>为第三测点在z轴方向上的应变力，/>为第四测点在x轴方向上的应变力，为第四测点在y轴方向上的应变力，/>为第四测点在z轴方向上的应变力，b为椭圆区域的短半轴。

步骤230：基于修正边界，得到待测岩样20的塑性区评价指标。

其中，可以将修正后的椭圆区域的长半轴和短半轴作为待测岩样20的塑性区评价指标。

步骤240：基于塑性区评价指标，得到气囊补偿支护下的围岩评价结果。

由于围岩即待测岩样达到塑性状态标志着岩体进入危险阶段，因此，本申请根据卡斯特纳方程即上述的公式7和公式8，可判段塑性应力区的分布状态，依据应变片的分布和测点数据反应，可有效反馈各方位待测岩样的塑性状态，结合实验结果可对卡斯特纳方程修正，实现对现场支护指导。

该实施例通过将约束组件放置于伺服加载系统，将待测岩样设置于约束组件内设有的定位槽，确保待测岩样能够被精确固定在模拟实验的合适位置；另外，由于在地下工程中，围岩内部往往会因开挖或其他工程活动形成应力集中区域或临空面，这些区域容易出现应力失衡导致围岩失稳，基于此，该实施例通过朝约束组件的临空面穿设于待测岩样内部的通孔设置气囊，以通过气囊在待测岩样内部形成动态应力补偿，能够更准确地模拟实际工程条件下围岩内部应力的分布和变化情况，并且将气囊与气体发生器以及外部监测设备相连，能够根据实际需求控制气体发生器随时改变气囊的补偿应力，实现对围岩内部应力的灵活控制与补偿，方便实时监测气囊压力变化以及判断待测岩样内部应力分布和性能变化，改善相关技术因采用锚杆支护的加固方式导致操作和监测比较繁琐的技术问题。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

上述其他实施方式中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（processor）执行本申请各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备，其特征在于，用于测试待测岩样，所述测试设备包括伺服加载系统、约束组件、气囊以及气体发生器；

所述约束组件放置于所述伺服加载系统；

所述约束组件设有定位槽和临空面，所述待测岩样设置于所述定位槽内，所述气囊朝所述临空面穿设于所述待测岩样内部的通孔，且所述气囊连接所述气体发生器和外部监测设备；

其中，所述待测岩样内部设有多个传感器组件，每一所述传感器组件设置于所述待测岩样内部对应的预设测点上。

2.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述传感器组件包括固定件、连接件和传感器；

其中，所述固定件安装在所述待测岩样内部；

所述传感器通过所述连接件设置在所述固定件上。

3.根据权利要求2所述的测试设备，其特征在于，所述固定件包括两个垂直设置的铁丝网，每一所述铁丝网设置一个连接件，每一所述连接件粘贴有一对垂直排列的传感器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的测试设备，其特征在于，所述预设测点包括第一测点、第二测点、第三测点和第四测点；

其中，所述第一测点和所述第二测点沿所述待测岩样的z轴方向设置，所述第三测点和所述第四测点沿所述待测岩样的y轴方向设置，且所述第一测点、所述第二测点、所述第三测点以及所述第四测点距离所述待测岩样的质心的距离均为半径的若干倍。

5.一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的评价方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的测试设备，所述方法包括：

在无补偿支护条件下，利用伺服加载系统对待测岩样的顶端施加垂直荷载，得到第一待分析数据；

在多种预设气囊压力条件下，利用所述伺服加载系统对所述待测岩样的顶端施加垂直荷载，得到第二待分析数据；

基于所述第一待分析数据、所述第二待分析数据和所述待测岩样的尺寸数据，得到所述待测岩样的吸能指标、抗变形指标和承载力指标；

基于所述吸能指标、所述抗变形指标和所述承载力指标，得到气囊补偿支护下的围岩评价结果。

6.根据权利要求5所述的评价方法，其特征在于，所述基于所述第一待分析数据、所述第二待分析数据和所述待测岩样的尺寸数据，得到所述待测岩样的吸能指标、抗变形指标和承载力指标，包括：

获取待测岩样在无补偿支护条件下的第一吸收能量，以及在预设气囊压力条件下的第二吸收能量；

确定所述第二吸收能量与所述第一吸收能量的能量差，以及第一补偿应力与第二补偿应力的应力差；

基于所述能量差与所述应力差的比值，得到所述待测岩样的吸能指标。

7.根据权利要求5所述的评价方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述待测岩样的塑性区半径；

基于所述塑性区半径以及传感器测出的应变数据，得到所述待测岩样的修正边界；

基于所述修正边界，得到所述待测岩样的塑性区评价指标；

基于所述塑性区评价指标，得到气囊补偿支护下的围岩评价结果。

8.根据权利要求7所述的评价方法，其特征在于，所述确定所述待测岩样的塑性区半径，包括：

获取待测岩样的材料内摩擦角、开洞半径、气囊补偿作用力，以及伺服加载系统对待测岩样的顶端施加的法向作用力；

基于所述材料内摩擦角、所述开洞半径、所述气囊补偿作用力，以及所述法向作用力，确定所述待测岩样的塑性区半径。

9.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于，所述修正边界包括椭圆区域的长半轴和短半轴，所述基于所述塑性区半径以及所述传感器测出的应变数据，得到所述待测岩样的修正边界，包括：

确定第一测点与第二测点分别在x轴方向、y轴方向以及z轴方向的应变力之和；

基于所述x轴方向的应变力之和、y轴方向的应变力之和、z轴方向的应变力之和，以及所述塑性区半径，得到所述椭圆区域的长半轴；

确定第三测点与第四测点分别在x轴方向、y轴方向以及z轴方向的应变力之和；

基于所述x轴方向的应变力之和、y轴方向的应变力之和、z轴方向的应变力之和，以及所述塑性区半径，得到所述椭圆区域的短半轴。