深埋隧洞简易模型试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种深埋隧洞简易模型试验装置，其特征在于包括V型槽、侧挡板、加载垫块、液压囊和类梯形试件；本实用新型可以模拟围岩在工程现场的平面应变受力状态，用于系统研究深部围岩开挖后的受力、变形、破坏等性质；由于本实用新型取深埋隧洞围岩的一部分进行分析，并且通过特制的液压囊直接施加弧形应力边界条件，相对于现有全断面模型试验装置，可以开展超大比例尺的模型试验；本实用新型有充分的力学理论依据，有助于试验和理论的结合，促进工程理论的发展；本实用新型在常规压力实验机上即可加载，具有结构简单，试验成本低的特点。
【专利说明】深埋隧洞简易模型试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及深部地下工程围岩变形和破坏的实验室模拟实验领域，具体地说是一种针对深埋隧洞的新型简易模型试验装置。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的快速发展，地下工程建设不断向深部发展。在高地应力等深部条件下，地下硐室围岩结构的力学特性和工程响应展现出了新的科学现象和变化规律，如分区破裂、大变形、冲击破坏等。传统地下工程理论体系在解决深部地下工程问题中遇到了越来越多的挑战，建立深部岩体力学理论的新体系势在必行。因此，深部地下工程问题引起了国际和国内岩石力学与工程领域专家学者的极大关注，成为近年来该领域研究的热点问题。
[0003]针对深部地下洞室开挖过程中岩体的力学响应和变形特性，一方面要开展理论研究，另一方面，要更多深入开展工程实践和理论相结合的模型试验研究。根据深部洞室模型试验的要求，国内外专家开发出多种高地应力加载模型试验系统，包括专利200810016641.0,200810138981.0,201110038876.1 等。但是，目前存在的模型试验系统均为全断面模拟系统，存在结构复杂、体积庞大、可模拟硐室尺寸小的问题，难以开展大比例尺硐室的模型试验，且难以对试验结果进行有效的理论比较和分析。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单并可进行大比例尺模型试验的深埋隧洞简易模型试验装置。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:
[0006]一种深埋隧洞简易模型试验装置，包括V型槽、侧挡板、加载垫块、液压囊和类梯形试件；
[0007]所述的V型槽为整体结构，包括底板和两个侧壁，侧壁又包括倾斜部分和竖直部分，其倾斜部分的内表面与类梯形试件两个斜面匹配，底板下表面与试验机加载装置接触，承受试验机压力；
[0008]所述的侧挡板固定在V型槽的前后两侧，其外部轮廓与V型槽外沿相匹配，内表面和类梯形试件的前后表面接触，其作用在于防止类梯形试件发生轴向变形以满足平面应变状态的要求，同时防止V型槽的侧壁向两侧变形；在侧挡板底侧中心位置处设置一个通气孔，目的是为了防止加载时类梯形试件变形引起预留变形空间内的气压升高；侧挡板的制作材料除了选用钢材外，还可以全部或部分选用高强度透明材料，从而在实验过程中随时观察记录试件的变形破坏情况；
[0009]所述的加载垫块，分为上下两部分，下半部分的四个侧面与V型槽和侧挡板的内表面紧密接触，下表面与液压囊接触；上半部分呈柱形，其上表面与试验机加载装置接触，承受试验机压力；[0010]所述的液压囊，为中空结构，内部充满液压油，其作用是将加载垫块的平面力转换为弧面力，由于液压囊是柔性构件，它在加载垫块的压力作用下可以挤压类梯形试件，并发生一定的变形；
[0011]所述的类梯形试件，上下表面为同轴圆弧面，左右侧面的延伸线通过上述圆弧面的轴线，前后侧面垂直于水平面，左右侧面与V型槽侧壁的倾斜部分内表面接触，前后侧面与侧挡板内表面接触，四个侧面均涂有润滑材料，以减小其受到的剪应力，下表面和V型槽底板内表面之间预留变形空间。
[0012]本实用新型的原理是:
[0013]目前施工的深埋地下隧洞很大一部分采用圆形或类圆形断面；由于高应力条件下蠕变的原因，深埋岩体原岩应力状态多接近于静水压力状态；同时，对于高应力岩体，其局部重力的影响可忽略不计。根据上述三方面原因，深埋隧洞围岩的受力、变形和破坏问题可以认为是轴对称问题。对于轴对称问题，可以取其一部分(即本实用新型所述类梯形试件)进行试验即可反映围岩整体的性质。
[0014]对于轴对称问题，在平面应变条件下，围岩的应力和位移解如式(I)和(2)所示，
【权利要求】
1.一种深埋隧洞简易模型试验装置，其特征在于:包括V型槽、侧挡板、加载垫块、液压囊和类梯形试件； 所述的V型槽，包括底板和两个侧壁，侧壁又包括倾斜部分和竖直部分，其倾斜部分的内表面与类梯形试件两个斜面匹配，底板下表面与试验机加载装置接触，承受试验机压力； 所述的侧挡板，固定在V型槽的前后两侧，其外部轮廓与V型槽外沿相匹配，内表面和类梯形试件的前后表面接触，在侧挡板的底侧中心位置处设置一个通气孔； 所述的加载垫块，分为上下两部分，下半部分的四个侧面与V型槽和侧挡板的内表面接触，下表面与液压囊接触；上半部分呈柱形，其上表面与试验机加载装置接触，承受试验机压力； 所述的液压囊，为中空结构，内部充满液压油，其作用是将加载垫块的平面力转换为弧面力； 所述的类梯形试件，上下表面为同轴圆弧面，左右侧面的延伸线通过上述圆弧面的轴线，前后侧面垂直于水平面，左右侧面与V型槽侧壁的倾斜部分接触，前后侧面与侧挡板接触，四个侧面均涂有润滑材料。
【文档编号】G01N3/12GK203502298SQ201320577485
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】吴学震, 蒋宇静, 王刚, 袁康 申请人:山东科技大学