一种地下洞室模拟实验装置及实验方法与流程

本发明涉及地质工程，尤其涉及一种地下洞室模拟实验装置及实验方法。

背景技术：

1、近年来我国经济建设飞速发展，对能源、交通及水利水电工程发展需求不断增加，一大批重要基础设施需要建设完善，其中地下工程占有举足轻重的地位。随着地下工程规模的逐步加大，其施工及开挖后的稳定性问题日益凸显，这也促成了地下洞室模型实验的发展。地下洞室模拟实验也解决了众多实际工程中的难题，尤其是水利水电工程地下洞室建设面临的复杂地质条件，更需要进行地下洞室模拟实验来指导帮助工程的顺利施工。

2、随着水利水电工程规模的增长，与其相对应的地下洞室规模也向着高边墙、大跨度进行发展，开挖过程中的围岩稳定性问题获得重视，特别是面对复杂的地质条件，因此需要通过地下洞室模拟实验提供实际施工的指导和参考。但是现有的地下洞室模拟实验中一般采用后期开挖成洞的方式，这样的成洞方式存在很多问题，比如不容易控制成洞位置和尺寸，洞室形态不稳定，开挖过程不可以失误，分部开挖时对洞室本身扰动较大，影响实验效果等。在现有地下洞室模拟实验中，一般采用固定尺寸的实验架，在实验架进行测试时，根据不同的受力情况需要设计不同的实验架，使得实验成本高，此外在顶部进行测试时，顶部模拟压力情形的情形，容易出现压力难以调整的情况，影响实验模型的复用性。

技术实现思路

1、本申请实施例通过提供一种地下洞室模拟实验装置及实验方法，解决了现有技术中地下洞室模拟实验中压力难以调整的技术问题，实现了压力的调整与控制，提高了地下洞室模拟实验的精度和效率。

2、本申请实施例提供了一种地下洞室模拟实验装置及实验方法，包括：支撑底架、调节支架；所述调节支架对称安装在支撑底架上，所述调节支架为两个，所述调节支架为工字型；所述调节支架一侧固定连接有固定块，所述调节支架和所述固定块之间设有斜撑；两个所述调节支架之间设有第一压板，所述第一压板上方设有动滑轮，所述动滑轮与所述第一压板之间通过连接块连接，所述第一压板下方设有第二压板，所述第一压板和所述第二压板之间通过弹簧连接，所述第一压板和第二压板均与所述调节支架滑动连接，所述第一压板和第二压板下方均设有气囊；

3、所述调节支架顶部对称设有定滑轮，所述定滑轮和所述动滑轮之间通过皮带连接，所述定滑轮下方通过皮带连接有配重块。

4、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

5、（1）本发明相对于现有技术，采用第一压板和第二压板配合控制压力，同时加入气囊对不同压力进行调整，使得模拟实验时可以模拟多种场景的受力环境；

6、（2）本发明设置的第二压板使用铰接形式连接，可以根据施压情况进行不同程度的角度改变，进一步提高了受力调整的方式；

7、（3）本发明提供水箱，模拟地下水流对模具产生的影响，并且使用第二压板带动输水管进行移动，使得模拟的实验环境更为具体，制造的模具适应力更强；

8、通过采用了第一压板和第二压板组合调控压力，有效解决了现有技术中对地下洞室受力难以调控的技术问题，进而实现了对多种地下洞室环境的模拟，提高了实验效率和精度。

技术特征：

1.一种地下洞室模拟实验装置，其特征在于，包括：支撑底架（1）、调节支架（2）；所述调节支架（2）对称安装在支撑底架（1）上，所述调节支架（2）为两个，所述调节支架（2）为工字型；所述调节支架（2）一侧固定连接有固定块（3），所述调节支架（2）和所述固定块（3）之间设有斜撑（4）；两个所述调节支架（2）之间设有第一压板（10），所述第一压板（10）上方设有动滑轮（5），所述动滑轮（5）与所述第一压板（10）之间通过连接块（9）连接，所述第一压板（10）下方设有第二压板（15），所述第一压板（10）和所述第二压板（15）之间通过弹簧（14）连接，所述第一压板（10）和第二压板（15）均与所述调节支架（2）滑动连接，所述第一压板（10）和第二压板（15）下方均设有气囊（13）；

2.如权利要求1所述的一种地下洞室模拟实验装置，其特征在于，所述调节支架（2）之间填充有围岩材料，围岩材料内设置洞室块体模型（11），所述洞室块体模型（11）位于第一压板（10）正下方。

3.如权利要求2所述的一种地下洞室模拟实验装置，其特征在于，所述气囊（13）设有若干个均匀分布在第一压板（10）与第二压板（15）下方，所述气囊（13）设置形状为长条状，所述气囊（13）设置方向靠近洞室块体模型（11），所述气囊（13）为橡胶气囊，所述气囊（13）外表面涂有热塑性聚氨酯（tpu）材料，在第一压板（10）和第二压板（15）上均设置有与气囊（13）对应的气泵组件，气泵组件数量与气囊（13）数量一致。

4.如权利要求3所述的一种地下洞室模拟实验装置，其特征在于，所述第二压板（15）为两块，所述两块第二压板（15）相对端之间铰接连接，铰接轴方向与气囊（13）设置方向相同。

5.如权利要求1所述的一种地下洞室模拟实验装置，其特征在于，所述第一压板（10）上设有水箱（16），所述水箱（16）一端连接有连接管（18），所述连接管（18）为伸缩管，所述连接管（18）一端延伸至所述第一压板（10）下方连接有输水管（22），所述连接管（18）上设有止水阀（17），所述输水管（22）一端向下延伸至所述第二压板（15）下方，所述输水管（22）位于第二压板（15）下方管道为s型。

6.如权利要求5所述的一种地下洞室模拟实验装置，其特征在于，所述输水管（22）外侧包裹有滤网（20），所述输水管（22）外侧设有漏孔（19），所述漏孔（19）均匀分布在所述输水管（22）外侧。

7.如权利要求5所述的一种地下洞室模拟实验装置，其特征在于，所述输水管（22）和所述第二压板（15）之间固定连接。

8.如权利要求1所述的一种地下洞室模拟实验装置，其特征在于，所述定滑轮（6）与所述调节支架（2）之间设有滑轮杆（21）。

9.如权利要求1所述的一种地下洞室模拟实验装置，其特征在于，所述第一压板（10）的形状为三角形；所述的支撑底架（1）下面连接有支腿（12）。

10.一种地下洞室模拟实验方法，其特征在于，配套如权利要求1至9任一所述的地下洞室模拟实验装置；包括以下步骤：

技术总结
本申请公开了一种地下洞室模拟实验装置及实验方法，涉及地质工程技术领域，包括：支撑底架、调节支架；所述调节支架对称安装在支撑底架上，所述调节支架为两个，所述调节支架为工字型；所述调节支架一侧固定连接有固定块，所述调节支架和所述固定块之间设有斜撑；两个所述调节支架之间设有第一压板，所述第一压板上方设有动滑轮，所述动滑轮与所述第一压板之间通过连接块连接，所述第一压板下方设有第二压板，所述第一压板和所述第二压板之间通过弹簧连接，所述第一压板和第二压板均与所述调节支架滑动连接，所述第一压板和第二压板下方均设有气囊；能够实现模拟实验中压力的控制，提高实验精度与效率。

技术研发人员：段斌,冯德强,周相,王海胜,张春科,覃事河,朱春,严思源,魏中奉,程芃,陈志超,龚勤波,刘润,曹殿义
受保护的技术使用者：国能大渡河金川水电建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15