一種節理巖體在不同圍壓下開挖瞬態卸荷松動模擬系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于巖土工程模型實驗裝置領域，尤其涉及一種節理巖體在不同圍壓下開挖瞬態卸荷松動模擬系統。
【背景技術】
[0002]在長期的地質構造運動以及人為擾動作用下，自然界的巖體中會形成各種錯綜復雜、方向各異的節理。而在深部地下工程爆破開挖過程中，由于開挖擾動導致周圍巖體的瞬態卸荷和應力重分布，尤其是在含有節理的巖體中爆破開挖時，通常會表現出節理巖體松動效應。爆破開挖會使開挖面上的初始應力全部或者部分卸除，從而改變了原始節理巖體的幾何形狀，導致其邊界條件和荷載條件發生變化，可能帶來嚴重的節理巖體穩定或變形控制難題。
[0003]然而，以往都是通過理論分析和數值模擬的方法對有關節理巖體開挖瞬態卸荷松動的問題進行研究，都不能直觀的了解到節理巖體開挖瞬態卸荷松動過程中的應變、位移及振動情況。而現有的模擬開挖卸荷的試驗系統卸荷速率又較慢，無法對節理巖體模型上所受到的荷載進行快速的卸除，所以節理巖體在卸荷時的應變率較低，不符合工程中實際的卸荷情況。

【發明內容】

[0004]針對現有技術存在的不足，本發明提供了一種節理巖體在不同圍壓下開挖瞬態卸荷松動模擬系統，能夠實現節理巖體模型在不同圍壓作用下的快速卸荷，并使得節理巖體模型產生較大的振動和應變率，與實際工程中的卸荷情況更為相符。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:一種節理巖體在不同圍壓下開挖瞬態卸荷松動模擬系統，其特征在于:包括加載系統29、加載裝置支撐臺25、杠桿15、杠桿支撐14、過渡塊17、過渡塊墊盒26、帶圓槽的實驗臺27、一端封閉的鋼鐵圓管23、空壓機38、設置有位移刻度標記的120°弧形混凝土柱24、弧形氣囊20、節理巖體模型18和監測系統；
加載系統29設置在加載裝置支撐臺25上，過渡塊墊盒26位于加載裝置支撐臺25與帶圓槽的實驗臺27之間，一端封閉的鋼鐵圓管23設置在帶圓槽的實驗臺27上；
監測系統包括設置在實驗臺27外部的高速攝影儀31和計算機37，設置在節理巖體模型18表面的應變計及與其連接的動態應變儀32、振動傳感器及與其連接的振動信號采集器33、壓力傳感器及與其連接的動態信號采集儀36，設置在節理巖體模型18內部的加速度傳感器及與其連接的加速度信號采集器34、位移傳感器及與其連接的位移信號采集器35，高速攝影儀31、動態應變儀32、振動信號采集器33、動態信號采集儀36、加速度信號采集器34、位移信號采集器35均與計算機37相連；
加載系統29包括液壓缸、帶螺紋的圓形鋼條11、吸盤式電磁鐵12、承拉鐵塊13 ；
弧形氣囊20位于節理巖體模型18上，弧形氣囊20上設有排氣孔21、打氣孔22，打氣孔22由進氣管與空壓機38相連，排氣孔21與排氣管相連，排氣管上設有電控放氣閥門39 ;
過渡塊17的一端位于鋼鐵圓管23的另一端開口處并與節理巖體模型18相接觸，杠桿15固定在杠桿支撐14上，杠桿支撐14固定在過渡塊墊盒26上，杠桿15的一端插入過渡塊17另一端的孔中，杠桿15的另一端上固定有承拉鐵塊13 ;承拉鐵塊13的另一側設有吸盤式電磁鐵12，吸盤式電磁鐵12與帶螺紋的圓形鋼條11的一端相連，帶螺紋的圓形鋼條11的另一端與加載系統29的活塞7相連；
節理巖體模型18位于一端封閉的鋼鐵圓管23內，并位于設置有位移刻度標記的120°弧形混凝土柱24上；一端封閉的鋼鐵圓管23的內弧半徑與弧形混凝土柱24的外弧半徑一致，弧形混凝土柱24的內弧半徑與節理巖體模型18的半徑一致，弧形混凝土柱24內弧上設置有位移刻度標記；弧形氣囊20的外弧半徑與圓環鋼管23的內弧半徑一致。
[0006]按上述技術方案，將弧形氣囊20充滿氣體后，氣囊20與弧形混凝土柱24組成一個內直徑50mm、外直徑150mm的圓環柱。
[0007]按上述技術方案，在一端封閉的鋼鐵圓管23內部左上邊和右上邊分別等距布置5個弧形氣囊20。
[0008]按上述技術方案，節理巖體模型為:完整節理巖體模型、單節理巖體模型或/和多節理巖體模型，采用石膏制成；以設置有位移刻度標記的120°弧形混凝土柱24上表面設置有槽尺寸長490mm、半徑25mm的弧為例，與該尺寸槽相適配的節理巖體模型18的半徑也為25mm，其中，完整節理巖體模型尺寸為長500mm、半徑25mm的圓柱體；單節理巖體模型可以為1個長450mm、半徑25mm的圓柱體和1個長50mm、半徑25mm的圓柱體；多節理巖體模型可以為1個長250_、半徑25_的圓柱體和5個長50_、半徑25_的圓柱體組成。
[0009]按上述技術方案，過度塊17采用鋼鐵制成，形狀為一端有兩個對稱圓柱孔的圓柱體，其另一端與圓柱形的節理巖體模型的尺寸相適配。
[0010]按上述技術方案，實驗臺27采用高強度混凝土澆筑而成，實驗臺27尺寸為長610mm、寬370mm、高300mm的長方體，在實驗臺27上表面的中間設置有一長510mm、直徑170mm的半圓槽，用來放置一端封閉的圓環鋼管23，圓環鋼管23里面填充有一個120°弧形混凝土柱24和十個弧形氣囊20。
[0011]按上述技術方案，加載裝置支撐臺25采用高強度混凝土澆筑而成，加載裝置支撐臺25尺寸為長935mm、寬550mm、高360mm的長方體，兩端分別設置有一個長450mm、寬90mm、高130mm的長方體槽。
[0012]按上述技術方案，一端封閉的圓環鋼管23尺寸為內直徑150mm、外直徑170mm、長500mm ;且鋼管左上邊和右上邊分別對應設有5個打氣孔和5個放氣孔。
[0013]按上述技術方案，實驗臺27外側和加載裝置支撐臺25外側分別固定有反力墩30。
[0014]按上述技術方案，所述的弧形氣囊20采用內外徑大小不同的橡膠制成。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益的效果:
1.本發明針對以往實驗方法無法模擬高速率卸荷的不足，實現了在不同圍壓下節理巖體模型上荷載的快速卸除，使得節理巖體模型產生較大的振動和應變率，更符合實際工程中節理巖體瞬態卸荷的情況；
2.本發明可以實現對高地應力條件下節理巖體瞬態卸荷過程的模擬，并通過對節理巖體模型在瞬態卸荷松動條件下的應變監測、振動監測、壓力監測、加速度監測、位移監測及高速攝影，探明地應力瞬態卸荷對節理巖體松動的影響，揭示節理巖體在地應力瞬態卸荷松動條件下的力學行為，對了解高地應力瞬態卸荷條件下的巖體松動規律和巖體開挖工程施工有重要意義；
3.本發明的巖體模型采用不同配合比的石膏材料制成，可通過改變石膏配合比來改變其彈性模量、泊松比、抗壓強度等力學參數，從而模擬出不同力學參數的節理巖體；
4.本發明的圓環鋼管由一端封閉的鋼管和圓環鐵蓋組成，不僅能裝置弧形混凝土柱、節理巖體模型和弧形氣囊，還可以為高壓氣囊提供反力；
5.弧形混凝土柱的內弧半徑與節理巖體模型的半徑相適配，即可用來放置節理巖體模型，也可與充滿氣體的弧形氣囊組成一個內直徑50mm、外直徑150mm的圓環柱，對節理巖體模型施加圍壓；
6.過度塊采用鋼鐵制成，形狀為一端有兩個對稱圓柱孔的圓柱體，可通過兩個加載系統對其同時加載，達到對節理巖體模型施加更大荷載的效果；
7.杠桿采用鋼鐵制成，中間設有帶圓孔的槽，便于固定，兩端通過鉸接分別與承拉鐵塊以及承壓鐵塊相連接，通過杠桿原理施加荷載；
8.加載系統與吸盤式電磁鐵之間通過承拉法蘭進行連接，吸盤式