，且调节 活塞322的活塞杆伸入到卸载活塞腔3212与卸载活塞323连接，调节弹簧324穿套在卸载活 塞323的活塞杆上，其一端抵触在卸载活塞323上，另一端抵触在卸载活塞腔3212的腔壁上， 将卸载活塞323压向调节活塞腔和卸载活塞腔之间的连通孔3219;卸载活塞的活塞杆伸入 到定位套腔中，定位套325连接在伸入至该腔中的卸载活塞323的活塞杆上，定位弹簧327和 定位销326置于销钉孔32131中，销钉孔32131对应于外侧一端设有内螺纹，一螺钉旋接在销 钉孔32131的外侧端，且端部压触在定位弹簧的一端，定位弹簧327的另一端推压定位销，使 定位销一端压触在定位套外圆周侧面上，在卸载活塞带动定位套轴向移动而使定位孔移动 至定位销位置时，定位销嵌入该定位孔中，而使卸载活塞轴向定位。
[0078]上述爆炸载荷模拟发生器3通过油缸311上的进气口 3111与压缩空气站(未画出） 相连，压缩空气站在瞬间向爆炸载荷模拟发生器3提供高压气，该高压气通过管道由进气口 3111进入油缸311中，活塞312受高压气流冲击快速向下运动，以移动所需时间为t升的一段 行程，此间对油缸311及与该油缸连通的储液腔1421中的液体形成不断增加的压力，直至峰 值Pf，而液体的不可压缩特性，将所受到压力反作用于活塞312,使活塞312向上运动，而使 活塞上部的空气受到压缩，气压加大，当压力大于调节弹簧324施加在卸载活塞323上的压 力时，卸载活塞323向右运动，不再压触在连通孔3219上，连通孔3219被打开，高压气体从连 通孔3219中泄出，而随卸载活塞323同时向右侧运动的定位套，其上定位孔在移动到定位销 位置时，定位销嵌入该定位孔328中，使卸载活塞被轴向定位，连通孔3219保持打开状态，高 压气体将全部从该连通孔中泄出，气体的作用力在t降时间段内由峰值Pf减弱至零，至此形 成一个峰值压力为Pf的动态三角形液压脉冲载荷，请参见图6,用以模拟爆炸地冲击扰动。 该液压脉冲载荷通过形成储液腔的储液槽槽底均布的通孔1422而作用于传力薄板143上， 传力薄板143将该液压脉冲载荷的震动波经柔性胶囊2传递到试件5上。
[0079]如图2,由爆炸载荷模拟发生器3形成的三角形液压脉冲载荷，其峰值压力Pf是可 以调节的，调节是通过调节活塞312的运动行程来实现，而该行程的调节的是通过调节螺母 313在活塞312的活塞杆上的位置来实现的。螺母313在活塞杆上的不同位置，形成与油缸缸 壁不同的间距，从而限制了活塞312的不同运动行程，因此本发明中的爆炸载荷模拟发生器 对峰值压力Pf的调节是十分方便的。
【主权项】
1. 对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 深部岩体应力及爆炸扰动的初始计算 根据深部岩体工程设定的埋深h、开挖直径d、开挖速度V和引起爆炸扰动的当量为Q的 地下爆炸，进行深部岩体静态地应力P和等效于爆炸载荷的=角形脉冲载荷的峰值应力Pf 的计算， 其中:静态地应力P =曲P，g为重力加速度，P为岩石密度。 峰值应力Pf = PCUm,C为介质纵波声速，Um为爆炸质点峰值速度，U,,, ，A、n为拟合 系数，F为比例距离，且r =W谷10，r为爆屯、距，当爆炸扰动发生在非弹性变形区时，且所述 =角形脉冲载荷上升沿时间为tr、=角形脉冲载荷的脉冲周期为t+时，存在如下关系：tr/Ql /3 =巧~15 )ms/kti/3、WQi/3 = (20 ~40 )ms/kti/3，式中：ms 为毫秒，kt 为爆炸当量； 2) 确定相似比尺C; 3) 由相似比尺C计算相对于试件的各模拟量 所述模拟量包括:在所述试件上开挖模拟隧道的直径CU、开挖速度Vs、试件的模拟静态 地应力Psi、试件的模拟=角形脉冲载荷峰值应力Psf和对应于峰值应力Psf的模拟上升沿时 间tsr、模拟S角形脉冲载荷的脉冲周期ts+，且： ds = d/C, V =F/^/c,Ps = P/C, Psf = PfZC, =t, /^/c, 巧.， 4) 对所述试件施加模拟初始压应力 对所述试件的周侧通过柔性胶囊内液压调整，施W静载压力Pj，Pj = nPsi，（n = 3~5)，加 载时间持续1~2周； 5) 对所述试件进行开挖卸荷的扰动测试 对施W静载門的试件进行模拟隧道直径为cU、开挖速度为Vs的模拟隧道的模拟开挖，在 模拟隧道开挖完成后，检测隧道壁面的应力、应变和位移变化 6) 对所述试件进行爆炸冲击的扰动测试 通过对所述试件施加模拟上升沿时间为tsr、模拟脉冲周期为ts +的=角形脉冲载荷，W 模拟爆炸冲击载荷，W检测=角形脉冲载荷施加后隧道壁面的应力、应变和位移变化。2. 根据权利要求1所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所 述试件是由相似材料制成，且形状为矩形体。3. 根据权利要求2所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所 述测试试件由事先制作好的隧道实体试件预埋于对应模具中，再用相似材料进行诱铸并经 固化形成。4. 根据权利要求3所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所 述隧道实体试件由与开挖隧道截面相同的若干隧道薄片相互贴合形成，每一隧道薄片用模 拟材料诱铸于对应的模具并经后固化形成，诱铸时在对应模具中埋入至少相互两根交叉的 铁丝，且使该两根铁丝的至少一端分别伸出模具外，致使每一隧道薄片至少有两根外露的 铁丝。5. 根据权利要求2所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所 述隧道薄片中的两根交叉的铁丝，基本呈十字形，且交叉点基本位于隧道薄片的中屯、。6. 根据权利要求4或5所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在 于，所述模拟开挖是按速度为Vs由外向内依次拉动隧道薄片上的外露铁丝，使对应隧道薄 片由外向内逐渐破碎，最终形成开挖隧道。7. 根据权利要求4或5所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在 于，对所述试件施加模拟初始压应力是通过应力加载装置实现的；所述应力加载装置包括 承载架、柔性胶囊、爆炸载荷模拟发生器和液压管;所述承载架具有矩形体形状的空腔，矩 形体形状的岩体试件固定于该空腔中，所述柔性胶囊置于所述岩体试件的每一侧面和与该 侧面相对的空腔腔壁之间，每一柔性胶囊上设有至少一个与液压管连接的进液口，高压液 体通过液压管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生静态应力。8. 根据权利要求7所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，所 述爆炸冲击的扰动测试是通过爆炸载荷模拟发生装置对试件施W=角形脉冲载荷来实现 的；所述爆炸载荷模拟发生装置包括加载单元和卸载单元;所述加载单元包括设有进油口 和卸油口的油缸、滑动设置在该油缸中的活塞，所述油缸的活塞端与所述顶板或侧板上的 连接孔连通;所述卸载单元包括第一缸筒、第二缸筒、调节活塞、卸载活塞、调节弹黃、定位 套、定位销和定位弹黃，所述第一、第二缸筒的内腔分别由第一圆环边及第二圆环边分隔， 并分别分隔为相互连通的第一、第二腔及相互连通的第=、第四腔，且第二腔的腔壁设有卸 油孔，第四腔的腔壁设有销钉孔，所述第一缸筒一端连接在所述油缸的卸油口上，另一端与 第二缸筒连接，使第二腔与第=腔相叠合，形成闭合的卸载活塞腔，卸载活塞滑动设置于该 卸载活塞腔中，调节弹黃穿套在卸载活塞的活塞杆上，使卸载活塞压向第一圆环边，卸载活 塞的活塞杆穿过第二圆环边伸入第四腔中，定位套置于第四腔中并连接在伸入至第四腔中 的卸载活塞的活塞杆上，定位套外圆周侧面上设有数个沿轴向分布的定位孔，定位销置于 销钉孔中，定位弹黃穿套在定位销上，压制该定位销一端伸出孔外紧抵在定位套外圆周侧 面上，在卸载活塞带动定位套轴向移动而使定位孔移动至定位销位置时，定位销嵌入该定 位孔中，而使卸载活塞轴向定位，所述调节活塞滑动设置在第一腔中，调节活塞的活塞杆穿 过第一圆环边与卸载活塞连接。9. 根据权利要求7所述的对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，开 挖卸荷扰动测试是通过第一、第二操作孔模拟岩体试件上模拟隧道的开挖作业，所述空腔 的一垂直腔壁上设有第一操作孔，对应该侧腔壁的柔性胶囊的对应位置上设有贯穿胶囊厚 度方向的第二操作孔。
【专利摘要】本发明涉及基于相似理论对深部岩体应力状态及响应进行模拟测试的方法，包括如下步骤：1）深部岩体应力及爆炸扰动的初始计算；2）确定相似比尺C；3）由相似比尺C计算相对于试件的各模拟量；4）对所述试件施加模拟静态地应力；5）对所述试件进行开挖卸荷的扰动测试；6）对所述试件进行爆炸冲击扰动的测试。有益效果为：实现了实验室内模拟研究深部岩体特征科学现象，以相似理论为理论基础，科学依据强，“一高两扰动”分步骤模拟，符合实际，整个模拟研究过程思路清晰，操作方便。
【IPC分类】G01N3/307, G01N3/10, G01N3/00
【公开号】CN105651589
【申请号】
【发明人】李 杰, 王明洋, 高康华, 邱艳宇, 张德志, 马林建, 范鹏贤, 戎晓力, 王德荣
【申请人】中国人民解放军理工大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月11日