专利名称：巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置及模拟试验方法
技术领域：
一种巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置及模拟试验方法，属于矿业与岩土 工程的模拟试验领域。
背景技术：
相似材料模拟试验作为解决复杂岩石工程类问题的一条重要途径，可以模拟较大 尺寸围岩并能再现一定应力状态、一定断面形状下的围岩破裂现象，但已往的巷(隧)道物 理模拟试验中，采用先加载后开挖的很少，而在先加载后开挖的试验中采用人工开挖或钻 机开挖的方式难以保证围岩表面的光滑和完整性，也难以实际观察到围岩卸荷破裂演化的 情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够实现先加载后 开挖的、保证开挖后瞬间断面围岩成型时形状和表面完整性和光滑度的巷(隧)道围岩成 型与卸荷的一体化装置及模拟试验方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该巷(隧)道围岩成型与卸荷的一 体化装置，包括第一成型模块、第二成型模块、卸荷模块和螺栓，其特征在于横截面呈“凸” 形的第一成型模块的凸出部分正好嵌入横截面呈“凹”形的第二成型模块的凹陷部分，左右 两侧对称设有一个横截面呈横向“凸”形的卸荷模块，卸荷模块的凸出部分可嵌入第一成型 模块和第二成型模块分开一定距离之后左右两侧的间隙中，每个卸荷模块的六个螺纹孔上 设有六个螺栓，螺栓固定连接第一成型模块、第二成型模块和卸荷模块。所述第一成型模块的左右两侧对称设有四个螺纹孔，第二成型模块左右两侧与第 一成型模块相重叠的部分对应各设有两个螺纹孔，第二成型模块上的螺纹孔为通孔。所述卸荷模块上的六个螺纹孔为通孔，上、下四个螺栓通过对应的螺纹孔固定第 一成型模块、第二成型模块和卸荷模块，另外中间两个螺栓穿过卸荷模块的螺纹孔顶在第 二成型模块的侧壁上，向内转动中间的两个螺栓将卸荷模块顶出。—种利用权利要求1所述的巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置进行模拟试 验的方法，其特征在于4. 1将巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置置于物理模型框架预定位置，在装 置的顶底部布设两层泡沫并在其间均勻涂抹润滑油；4. 2按照预定的物理模型材料的配方将混合浇筑材料迅速送入框架中形成物理模 型；4. 3待混合浇筑材料凝结并具有强度后拆模，晾干后对物理模型施加预定载荷，停 止加载并稳压，采用内六角扳手拧开固定该巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置的上、 下四个螺栓，然后向里拧动卸荷模块中间的两个螺栓，使卸荷模块由嵌入到逐步移出，在卸 荷模块完全移出前围岩不会卸荷，受到挤压的第一成型模块和第二成型模块在卸荷模块被
3完全移出时挤入空隙，迅速闭合，此时围岩迅速卸荷，这样就实现了围岩成型和卸荷的一体 化；4. 4通过设备测试和观察围岩卸荷破裂演化特点来得到围岩的时空演化规律和孕 灾模式，卸荷后可轻松将其取出来观察围岩情况。与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是1、实现了围岩成型和卸荷的一体化，不仅安装及围岩成型方便，而且在成型瞬间 围岩表面完整、光滑；2、卸荷模块3上的突出部分起卡的作用，不仅可以方便的实现脱离成型模块，而 且避免了固定螺栓的过大受力而难以拧动；卸荷过程采用拧动卸载螺栓将模具顶出的方 法，避免了螺栓受荷大难以拧动和无法实现迅速卸荷的目的；3、卸荷后即可观察围岩的破裂演化情况，同时也可轻松将装置取出来观察围岩情 况，然后亦可依不同的研究目的做进一步的试验研究；4、达到了真正意义上的先加载后开挖，保证了断面围岩成型时形状和表面的完整 性和光滑度(开挖后瞬间)，进而实现了能清晰观测围岩卸荷破裂演化情况的目的(开挖 后)，真实再现了围岩卸荷破裂，同时通过观测方法可进一步得到围岩卸荷破裂的时空演化 和孕灾模式情况，使物理模拟试验过程更加符合实际巷(隧)道围岩的应力演化，使其能真 正揭示围岩卸荷破裂演化的机制，也使巷(隧)道物理模型制作更为容易、方便。
图1是本发明总装结构俯视图示意图。图2是本发明第一成型模块的左视图示意图。图3是本发明第二成型模块的左视图示意图。图4是本发明第一成型模块和第二成型模块闭合时的俯视图示意图。图5是本发明卸荷模块的右视图示意图。图6是本发明卸荷模块的主视图示意图。图1 6是本发明的最佳实施例。其中1、第一成型模块2、第二成型模块3、卸荷模块4、螺栓5、螺纹孔。
具体实施例方式下面结合附图1 6对本发明做进一步说明参照附图1 6:本发明的巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置，由第一成型模块1、第二成型 模块2、卸荷模块3、螺栓4和螺纹孔5组成，横截面为“凸”形的第一成型模块1的凸出部 分正好嵌入横截面为“凹”形的第二成型模块2的凹陷部分，左右两侧对称设有一个横截面 呈横向“凸”形的卸荷模块3，卸荷模块3的凸出部分可嵌入第一成型模块1和第二成型模 块2分开一定距离之后左右两侧的间隙中，第一成型模块1的左右两侧对称设有四个螺纹 孔5，第二成型模块2左右两侧与第一成型模块1相重叠的部分对应各设有两个螺纹孔5， 该螺纹孔5为通孔，每个卸荷模块3设有六个螺纹孔5，均为通孔，六个螺纹孔5上设有六个 螺栓4，上、下四个螺栓4通过对应的螺纹孔5固定第一成型模块1、第二成型模块2和卸荷模块3，另外中间两个螺栓4穿过卸荷模块3的螺纹孔5顶在第二成型模块2的侧壁上，向 内转动中间的两个螺栓4将卸荷模块3顶出。利用巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置进行模拟试验的方法如下在浇筑模型前，先将钢制物理模型框架板置于台架内，用螺栓紧固，随后在安装好 的框架内表面均勻涂抹一层润滑油，以便于顺利拆模。模型框架安装好后，将本发明组装好 后，如图1所示，置于物理模型框架预定位置，在装置的顶底部布设两层泡沫并在其间均勻 涂抹润滑油，以便于顺利实现两帮的卸荷和防止浇筑材料进入模具块的空隙而影响卸荷。 按照预定的物理模型材料的配方将标准石英砂、水泥和石膏充分混合均勻，然后将加入硼 砂的水与其混合并充分搅拌形成混合浇筑材料，随后迅速送入框架中形成物理模型，注意 振荡和压实使混合材料尽量不留空隙。待混合浇筑材料凝结并具有强度后拆模，晾干后对 物理模型施加预定载荷，停止加载并稳压，采用内六角扳手拧开固定巷(隧)道围岩成型与 卸荷的一体化装置的上、下四个螺栓4，然后向里拧动卸荷模块3中间的两个螺栓4，使卸荷 模块3由嵌入到逐步移出，在卸荷模块3完全移出前围岩不会卸荷，受到挤压的第一成型模 块1和第二成型模块2在卸荷模块3被完全移出时挤入空隙，迅速闭合，如图4所示，此时 围岩迅速卸荷，这样就实现了围岩成型和卸荷的一体化，整个过程可通过设备测试和观察 围岩卸荷破裂演化特点来得到围岩的时空演化规律和孕灾模式。卸荷后可轻松将其取出来 观察围岩情况，然后亦可依不同的研究目的做进一步的试验研究。本发明可直接形成方形 断面的巷(隧)道，也可通过在其顶部加上拱形模子形成直墙拱形断面的巷(隧)道，可对 已施加载荷的物理模型视不同研究目的而实现围岩两帮或顶板部分的卸荷。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任 何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等 效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
一种巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置，包括第一成型模块(1)、第二成型模块(2)、卸荷模块(3)和螺栓(4)，其特征在于横截面呈“凸”形的第一成型模块(1)的凸出部分正好嵌入横截面呈“凹”形的第二成型模块(2)的凹陷部分，左右两侧对称设有一个横截面呈横向“凸”形的卸荷模块(3)，卸荷模块(3)的凸出部分可嵌入第一成型模块(1)和第二成型模块(2)分开一定距离之后左右两侧的间隙中，每个卸荷模块(3)的六个螺纹孔(5)上设有六个螺栓(4)，螺栓(4)固定连接第一成型模块(1)、第二成型模块(2)和卸荷模块(3)。
2.根据权利要求1所述的巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置，其特征在于所述 第一成型模块(1)的左右两侧对称设有四个螺纹孔(5)，第二成型模块(2)左右两侧与第一 成型模块(1)相重叠的部分对应各设有两个螺纹孔(5)，第二成型模块(2)上的螺纹孔(5) 为通孔。
3.根据权利要求1或2所述的巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置，其特征在于 所述卸荷模块(3)上的六个螺纹孔(5)为通孔，上、下四个螺栓(4)通过对应的螺纹孔(5) 固定第一成型模块(1)、第二成型模块(2)和卸荷模块(3)，另外中间两个螺栓(4)穿过卸 荷模块(3)的螺纹孔(5)顶在第二成型模块(2)的侧壁上，向内转动中间的两个螺栓(4) 将卸荷模块(3)顶出。
4.一种利用权利要求1所述的巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置进行模拟试验 的方法，其特征在于4. 1将巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置置于物理模型框架预定位置，在装置的 顶底部布设两层泡沫并在其间均勻涂抹润滑油；4. 2按照预定的物理模型材料的配方将混合浇筑材料迅速送入框架中形成物理模型；4. 3待混合浇筑材料凝结并具有强度后拆模，晾干后对物理模型施加预定载荷，停止加 载并稳压，采用内六角扳手拧开固定该巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置的上、下四 个螺栓，然后向里拧动卸荷模块中间的两个螺栓，使卸荷模块由嵌入到逐步移出，在卸荷模 块完全移出前围岩不会卸荷，受到挤压的第一成型模块和第二成型模块在卸荷模块被完全 移出时挤入空隙，迅速闭合，此时围岩迅速卸荷，这样就实现了围岩成型和卸荷的一体化；4. 4通过设备测试和观察围岩卸荷破裂演化特点来得到围岩的时空演化规律和孕灾模 式，卸荷后可轻松将其取出来观察围岩情况。
全文摘要
巷(隧)道围岩成型与卸荷的一体化装置及模拟试验方法，属于矿业与岩土工程的模拟试验领域。包括第一成型模块(1)、第二成型模块(2)、卸荷模块(3)和螺栓(4)，横截面呈“凸”形的第一成型模块(1)的凸出部分正好嵌入横截面呈“凹”形的第二成型模块(2)的凹陷部分，左右两侧对称设有一个横截面呈横向“凸”形的卸荷模块(3)，卸荷模块(3)的凸出部分可嵌入第一成型模块(1)和第二成型模块(2)分开一定距离之后左右两侧的间隙中，采用该装置的模拟试验方法实现了先加载后开挖，保证了开挖后瞬间断面围岩成型时形状和表面的完整性和光滑度，也使巷(隧)道物理模型制作更为容易、方便。
文档编号E21D9/14GK101899982SQ20101022541
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者张晓君 申请人:山东理工大学