一种模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法与流程

1.本发明属于隧道岩体工程技术领域，具体涉及一种模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，可在实验室尺度的岩石强度测试、深部矿产资源开采和深埋隧道建设中广泛应用。


背景技术：

2.在众多岩土工程应用中，如地下煤气化、地热能提取和放射性废物处理等，岩石通常受到高温条件的影响从而改变岩石的内部结构和力学性质。此外，隧道和石头建筑也面临火灾事故引起的高温威胁，尤其是火灾事故引起的明火破坏对隧道围岩的变形和稳定性有重要影响。因此，研究明火对岩石力学行为和损伤发展的影响是十分重要的。
3.岩石通常是一种非均质材料，因矿物成分、晶粒尺寸和微观结构的差异，其物理和力学行为相当复杂。总的来说，由于不同热膨胀系数矿物之间的局部热应力引起内部微裂纹的产生和聚合，导致热损伤岩石的抗压强度、弹性模量、p波速度、峰值应变、孔隙度、渗透率、电阻率等均随温度的变化而变化。此外，在不同距离或不同时间的明火加载下，岩石也将受到不同程度的损伤。近年来，人们开展了大量的热损伤对不同类型岩石性能影响的实验研究。然而绝大多数热损伤岩石室内试验，多通过电炉加热产生全方位、均匀的热应力，但在实际工程中，如发生火灾事故的隧道，其围岩仅在某一侧壁受明火损伤，较之电炉加热还有着明显的区别，如图1所示。因此，现目前普遍采用的电炉加热的方式，不能真实模拟火灾隧道围岩受损伤的变化情况。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明拟提供一种简单易行的模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，与隧道岩石在火灾事故的实际应用场景相似，为火灾环境下工程岩石特性研究提供新的方法。
5.为了实现上述目的，本发明提出了一种模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，包括以下步骤：
6.s1：根据研究需要选取材质合适的岩块，加工成完整的长方体的试验岩块；
7.s2：选择两块相同材质的岩块作为基座并左右间隔一段距离放置，将试验岩块放置在两基座上方，留出部分底面悬空，组成类似“品”字结构；
8.s3：在两基座中间与试验岩块底面隔出的空间里设置加热槽；
9.s4：沿试验岩块的左右侧壁底部与两基座的交汇缝隙处、沿试验岩块的前后壁面底部与加热槽交汇缝隙处均喷涂防火材料，防止后续明火源直接烧到试验岩块的四个侧壁面；
10.s5：在加热槽中放置燃烧材料并进行明火源损伤加载，以满足发生火灾时的明火温度；
11.s6：明火源损伤加载完毕后，对明火源进行熄灭，对试验岩块进行后处理。
12.作为上述方案的优选，s1步骤中，试验岩块的尺寸为前后长度600mm
×
左右长度150mm
×
高300mm。
13.进一步优选为，s2步骤中，基座的材质与试验岩块的材质相同，并出自同一产地。
14.进一步优选为，s3步骤中，加热槽为铁质加热槽，并带有把手。
15.进一步优选为，s3步骤中，加热槽的高度可调节，用以模拟实际火灾发生时明火源与隧道围岩的不同距离；加热槽可进行鼓风操作以提高燃烧温度，用以模拟实际火灾发生时不同阶段所产生的不同温度。
16.进一步优选为，s4步骤中，基座的前后两端伸到试验岩块的前后两端外，加热槽的前后两端位于试验岩块的前后两端内。
17.进一步优选为，s5步骤中，燃烧材料采用炭火，炭火燃烧的温度高达750—1100℃。
18.进一步优选为，s6步骤中，试验岩块的后处理，为自然冷却或冲击水压冷却或钻孔切割。
19.本发明的有益效果是：可有效实现实验室尺度下对岩块的单面明火加载，更贴近实际中围岩单侧壁受火灾影响情况，用其模拟研究地下隧道真实火灾岩石明火损伤更加合理直观。
附图说明
20.图1为实际中隧道侧壁明火破坏示意图；
21.图2为实验室尺度下岩块单面明火损伤加载示意图；
22.图3为图2的立体图。
具体实施方式
23.为描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
24.结合图2、图3所示，一种模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，包括以下步骤：
25.s1：根据研究需要选取材质合适的岩块，加工成完整的长方体的试验岩块1。
26.优选为，试验岩块1的尺寸为前后长度600mm
×
左右长度150mm
×
高300mm。岩块的材质根据研究的需要选取产地，尺寸也可视研究所需加工成相应规格。
27.s2：选择两块相同材质的岩块作为基座2并左右间隔一段距离放置，将试验岩块1放置在两基座2上方，留出部分底面悬空，组成类似“品”字结构。
28.优选为，基座2的材质与试验岩块1的材质相同，并出自同一产地；选用同一产地可尽量模拟实际情况，以避免其它材质与试验岩块的岩石材质间产生的不同热应力。
29.s3：在两基座2中间与试验岩块1底面隔出的空间里设置加热槽3，用于放置燃烧材料模拟明火源。
30.好是，加热槽3为铁质加热槽，并带有把手，可推入试验岩块下部空间，试验加载完毕后可拉出。进一步地，加热槽的高度可调节，用以模拟实际火灾发生时明火源与隧道围岩的不同距离；加热槽可进行鼓风操作以提高燃烧温度，用以模拟实际火灾发生时不同阶段所产生的不同温度。
31.s4：沿试验岩块1的左右侧壁底部与两基座2的交汇缝隙处、沿试验岩块1的前后壁
面底部与加热槽3交汇缝隙处均喷涂防火材料4，防止后续明火源直接烧到试验岩块的四个侧壁面，旨在营造真实的隧道明火源对侧壁岩石造成热损伤情况。
32.最好是，基座2的前后两端伸到试验岩块1的前后两端外，加热槽3的前后两端位于试验岩块的前后两端内；便于后续防火材料的喷涂，使得明火源加载时不至于明火烧到岩块侧壁。
33.s5：在加热槽3中放置燃烧材料并进行明火源损伤加载，以满足发生火灾时的明火温度。
34.燃烧材料可采用炭火，炭火燃烧的温度高达750—1100℃，可满足发生火灾时的明火温度；也可替换为其它燃烧材料，视研究需要而定，用以适应实际不同火灾的不同的温度。
35.s6：明火源损伤加载完毕后，对明火源进行熄灭，对试验岩块进行后处理。
36.试验岩块的后处理，为自然冷却或冲击水压冷却或钻孔切割，后处理方式视研究目的而定。


技术特征：
1.一种模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：根据研究需要选取材质合适的岩块，加工成完整的长方体的试验岩块；s2：选择两块相同材质的岩块作为基座并左右间隔一段距离放置，将试验岩块放置在两基座上方，留出部分底面悬空，组成类似“品”字结构；s3：在两基座中间与试验岩块底面隔出的空间里设置加热槽；s4：沿试验岩块的左右侧壁底部与两基座的交汇缝隙处、沿试验岩块的前后壁面底部与加热槽交汇缝隙处均喷涂防火材料，防止后续明火源直接烧到试验岩块的四个侧壁面；s5：在加热槽中放置燃烧材料并进行明火源损伤加载，以满足发生火灾时的明火温度；s6：明火源损伤加载完毕后，对明火源进行熄灭，对试验岩块进行后处理。2.根据权利要求1所述的模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，其特征在于：s1步骤中，试验岩块的尺寸为前后长度600mm
×
左右长度150mm
×
高300mm。3.根据权利要求1所述的于裂纹闭合应变确定岩石初始损伤的方法，其特征在于：s2步骤中，基座的材质与试验岩块的材质相同，并出自同一产地。4.根据权利要求1所述的模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，其特征在于：s3步骤中，加热槽为铁质加热槽，并带有把手。5.根据权利要求1所述的模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，其特征在于：s3步骤中，加热槽的高度可调节，用以模拟实际火灾发生时明火源与隧道围岩的不同距离；加热槽可进行鼓风操作以提高燃烧温度，用以模拟实际火灾发生时不同阶段所产生的不同温度。6.根据权利要求1所述的模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，其特征在于：s4步骤中，基座的前后两端伸到试验岩块的前后两端外，加热槽的前后两端位于试验岩块的前后两端内。7.根据权利要求1所述的模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，其特征在于：s5步骤中，燃烧材料采用炭火，炭火燃烧的温度高达750—1100℃。8.根据权利要求1所述的模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，其特征在于：s6步骤中，试验岩块的后处理，为自然冷却或冲击水压冷却或钻孔切割。

技术总结
本发明公开了一种模拟地下隧道真实火灾的室内火源加载方法，S1：加工长方体的试验岩块；S2：选择岩块作为基座并左右间隔一段距离放置，将试验岩块放置在两基座上方，组成类似“品”字结构；S3：在两基座中间与试验岩块底面隔出的空间里设置加热槽；S4：沿试验岩块的左右侧壁底部与两基座的交汇缝隙处、沿试验岩块的前后壁面底部与加热槽交汇缝隙处均喷涂防火材料；S5：在加热槽中放置燃烧材料并进行明火源损伤加载；S6：对明火源进行熄灭，对试验岩块进行后处理。可有效实现实验室尺度下对岩块的单面明火加载，更贴近实际中围岩单侧壁受火灾影响情况，用其模拟研究地下隧道真实火灾岩石明火损伤更加合理直观。石明火损伤更加合理直观。石明火损伤更加合理直观。


技术研发人员：彭俊 许传华 潘堃 代碧波 孙丽军 王林飞 尹裕 曾学敏 王星 李鹏程 王梓鑫
受保护的技术使用者：中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/3/28