一种施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置

1.本发明涉及模拟实验装置技术领域，特别涉及一种岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置。


背景技术：

2.溶洞是岩溶现象的一种，当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理。因此对溶洞的结构稳定性进行研究是否重要。
3.相似模拟(similarsimulation)是一种重要的科学研究手段，通过在实验室内按相似原理制作与原型相似的模型，借助测试仪表观测模型内力学参数及其分布规律，利用在模型上研究的结果，可借以推断原型中可能发生的力学现象以及岩体压力分布的规律，从而解决岩体工程生产中的实际问题。
4.但是现有技术中的相似模拟实验装置，虽然其能在上下、前后、左右各方向上对岩石试件试件作用力以模拟岩体实际受力情况，但是在同一方向上模拟出的受力大小是相同的，不能在试件高度方向上模拟出岩体存在的应力梯度，例如申请号为202011040652x的专利所公开的三维物理模拟实验装置，其便不能在试件高度方向上模拟出不同的应力梯度。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的是提供一种施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置，以解决在试件高度方向上模拟岩石试件承受的梯度应力，从而模拟出不同埋深下不同土压力对溶洞的作用力的技术问题。
6.本发明施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置包括第一层加载腔体、通过螺丝连接在第一层加载腔体上的第二层加载腔体、通过螺丝连接在第二层加载腔体上的第三层加载腔体、通过螺丝连接在第三层加载腔体上的腔盖和通过螺栓连接在腔盖上的顶盖，第一层加载腔体、第二层加载腔体、第三层加载腔体和腔盖的中部设置有用于放入空心岩石试件的圆孔，所述圆孔的内壁上设置有密封胶圈，第一层加载腔体和第二层加载腔体之间设置有第一密封垫圈，第二层加载腔体和第三层加载腔体之间设置有第二密封垫圈，第三层加载腔体和腔盖之间设置有第三密封垫圈；
7.所述的施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置还包括设置在第一层加载腔体上的第一进油接头、设置在第二层加载腔体上的第二进油接头、设置在第三层加载腔体上的第三进油接头、第一油泵、第二油泵、第三油泵、连接第一油泵出口和第一进油接头的第一进油管、连接第二油泵出口和第二进油接头的第二进油管、连接第三油泵出口和第三进油接头的第三进油管、与第一油泵、第二油泵和第三油泵的进油管连接的第一油箱、设置在第一层加载腔体上的第一出油接头、设置在第二层加载腔体上的第二出油接头、设置在第三层加载腔体上的第三出油接头、与第一出油接头连接的第一排油管、设置在第一排油管上的第一调压阀、与第二出油接头连接的第二排油管、设置在第二排油管上的
第二调压阀、与第三出油接头连接的第三排油管、设置在第三排油管上的第三调压阀和与第一排油管、第一排油管及第三排油管连接的第二油箱；
8.所述的施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置还包括设置在第一层加载腔体上的第一压力传感器、设置在第二层加载腔体上的第二压力传感器、设置在第三层加载腔体上的第三压力传感器、设置于空心岩石试件下部的第一应变片、设置于空心岩石试件中部的第二应变片、设置于空心岩石试件上部的第三应变片、设置在顶盖上的高速摄像相机和设置在顶盖上的光源。
9.进一步，所述第一层加载腔体、第二层加载腔体和第三层加载腔体为矩形凹腔或圆形凹腔。
10.本发明的有益效果：
11.本发明施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置，其能分别对空心岩石试件的下部、中部和上部分别施加不同的压力，从而模拟出不同埋深下不同土压力对溶洞的作用力，并能通过应变传感器和高速摄像机观察与记录试件的变形及破坏状况，本装置能方便的模拟工程中溶洞在应力梯度作用下的结构变化情况。
附图说明
12.图1为本发明施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置的结构示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
14.如图所示，本实施例施施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置包括第一层加载腔体1、通过螺丝连接在第一层加载腔体上的第二层加载腔体2、通过螺丝连接在第二层加载腔体上的第三层加载腔体3、通过螺丝连接在第三层加载腔体上的腔盖4和通过螺栓连接在腔盖上的顶盖5，第一层加载腔体、第二层加载腔体、第三层加载腔体和腔盖的中部设置有用于放入空心岩石试件38的圆孔，所述圆孔的内壁上设置有密封胶圈6，第一层加载腔体和第二层加载腔体之间设置有第一密封垫圈7，第二层加载腔体和第三层加载腔体之间设置有第二密封垫圈8，第三层加载腔体和腔盖之间设置有第三密封垫圈9。所述第一层加载腔体、第二层加载腔体和第三层加载腔体为矩形凹腔，当然在不同实施例中其还可为圆形凹腔。
15.所述的施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置还包括设置在第一层加载腔体上的第一进油接头10、设置在第二层加载腔体上的第二进油接头11、设置在第三层加载腔体上的第三进油接头12、第一油泵13、第二油泵14、第三油泵15、连接第一油泵出口和第一进油接头的第一进油管16、连接第二油泵出口和第二进油接头的第二进油管17、连接第三油泵出口和第三进油接头的第三进油管18、与第一油泵、第二油泵和第三油泵的进油管连接的第一油箱19、设置在第一层加载腔体上的第一出油接头20、设置在第二层加载腔体上的第二出油接头21、设置在第三层加载腔体上的第三出油接头22、与第一出油接头连接的第一排油管23、设置在第一排油管上的第一调压阀24、与第二出油接头连接的第二排油管25、设置在第二排油管上的第二调压阀26、与第三出油接头连接的第三排油管
27、设置在第三排油管上的第三调压阀28和与第一排油管、第一排油管及第三排油管连接的第二油箱29。
16.所述的施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置还包括设置在第一层加载腔体上的第一压力传感器30、设置在第二层加载腔体上的第二压力传感器31、设置在第三层加载腔体上的第三压力传感器32、设置于空心岩石试件下部的第一应变片33、设置于空心岩石试件中部的第二应变片34、设置于空心岩石试件上部的第三应变片35、设置在顶盖上的高速摄像相机36和设置在顶盖上的光源37。
17.本实施例施施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置，通过三台油泵可分别向三层加载腔体泵入加载油，且通过三个调压阀能够对三层加载腔体内的油压进行独立调节，从而实现模拟不同埋深下不同土压力对溶洞的作用力，并且实验过程中能够通过高速摄像机和三个应变传感器对试件的变形及破坏状况进行记录。本装置能方便的模拟工程中溶洞在应力梯度作用下的结构变化情况。
18.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。


技术特征：
1.一种施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置，其特征在于：包括第一层加载腔体、通过螺丝连接在第一层加载腔体上的第二层加载腔体、通过螺丝连接在第二层加载腔体上的第三层加载腔体、通过螺丝连接在第三层加载腔体上的腔盖和通过螺栓连接在腔盖上的顶盖，第一层加载腔体、第二层加载腔体、第三层加载腔体和腔盖的中部设置有用于放入空心岩石试件的圆孔，所述圆孔的内壁上设置有密封胶圈，第一层加载腔体和第二层加载腔体之间设置有第一密封垫圈，第二层加载腔体和第三层加载腔体之间设置有第二密封垫圈，第三层加载腔体和腔盖之间设置有第三密封垫圈；所述的施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置还包括设置在第一层加载腔体上的第一进油接头、设置在第二层加载腔体上的第二进油接头、设置在第三层加载腔体上的第三进油接头、第一油泵、第二油泵、第三油泵、连接第一油泵出口和第一进油接头的第一进油管、连接第二油泵出口和第二进油接头的第二进油管、连接第三油泵出口和第三进油接头的第三进油管、与第一油泵、第二油泵和第三油泵的进油管连接的第一油箱、设置在第一层加载腔体上的第一出油接头、设置在第二层加载腔体上的第二出油接头、设置在第三层加载腔体上的第三出油接头、与第一出油接头连接的第一排油管、设置在第一排油管上的第一调压阀、与第二出油接头连接的第二排油管、设置在第二排油管上的第二调压阀、与第三出油接头连接的第三排油管、设置在第三排油管上的第三调压阀和与第一排油管、第一排油管及第三排油管连接的第二油箱；所述的施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置还包括设置在第一层加载腔体上的第一压力传感器、设置在第二层加载腔体上的第二压力传感器、设置在第三层加载腔体上的第三压力传感器、设置于空心岩石试件下部的第一应变片、设置于空心岩石试件中部的第二应变片、设置于空心岩石试件上部的第三应变片、设置在顶盖上的高速摄像相机和设置在顶盖上的光源。2.根据权利要求1所述的施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置，其特征在于：所述第一层加载腔体、第二层加载腔体和第三层加载腔体为矩形凹腔或圆形凹腔。

技术总结
本发明公开了一种施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置，其包括第一层加载腔体、第二层加载腔体、第三层加载腔体、顶盖、第一油泵、第二油泵、第三油泵、第一调压阀、第二调压阀、第三调压阀、第一应变片、第二应变片、第三应变片和设置在顶盖上的高速摄像相机。本发明施加不同梯度应力的岩溶隧道溶洞相似模拟实验装置，其能分别对空心岩石试件的下部、中部和上部分别施加不同的压力，从而模拟出不同埋深下不同土压力对溶洞的作用力，并能通过应变传感器和高速摄像机观察与记录试件的变形及破坏状况，本装置能方便的模拟工程中溶洞在应力梯度作用下的结构变化情况。溶洞在应力梯度作用下的结构变化情况。溶洞在应力梯度作用下的结构变化情况。


技术研发人员：李迎利 胡桂斌 李志鹏 张树涛 周冠南 张世平 付军恩 任松 吴斐 张平
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/3/28