和左右四个侧面进行处理，以达到增大表面摩擦力的目的；
[0030]2)将试验模型放在承载台上并与承载台边界对齐，在模型的前后两个表面分别至少粘贴两个声发射探头，并调试三维数字照相装置图像清晰，三维声发射装置使用正常，并开始启动三维数字照相装置和三维声发射装置；
[0031]3)之后通过控制电液伺服控制箱利用分离组合式均布加载装置对试验模型水平和竖直方向进行加载，根据工程实际中地应力大小和试验设计，加载至预定荷载；
[0032]4)再利用电液伺服控制箱启动电液伺服控制作动器，根据实际岩溶隧道中水压力的大小和试验设计对试验模型进行加载；
[0033]5)在对试验模型加载过程中，三位数字照相装置和三维声发射装置不间断的采集图像和数据，实时监测试验模型在加载过程中模型表面的三维空间变形以及三维声发射信息。
[0034]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0035]实施例1:如图1所示岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统示意图，包括基座1、圆形承载架2、分离组合式均布加载装置3、承载台4、电液伺服控制作动器5、电液伺服控制箱6、三维数字照相装置7和三维声发射装置8，另外还有试验模型9。如图2所示圆形承载架示意图，承载架整体上外圆内方的构造使模型加载过程中试验装置中的应力分布更加均匀，具有较好的承载力。如图3所示分离组合式均布加载装置示意图，分离组合式加载装置3由两到三个千斤顶10和一个加载板11组成，加载板11和试验模型9的加载面要进行增加摩擦处理，达到增加承载板11和试验模型9之间摩擦力的目的。如图4所示岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统剖面图(部分)，试验模型9的形状是与加载板尺寸相匹配的矩形，利用试验模型9代表岩溶隧道中的防突岩盘；通过电液伺服控制箱6控制试验模型9左右两侧和上侧的分离组合式均布加载装置3实现模型水平和竖直方向加载，分别模拟真实岩体中的水平和竖直应力；再通过电液伺服控制箱6控制电液伺服控制作动器5沿轴向对试验模型9施加荷载，用来模拟真实岩溶隧道中防突岩盘后侧的水压荷载。另外，三维数字照相装置7和三维声发射装置8用于加载过程中监测试样模型表面的三维空间变形以及三维声发射信息。
[0036]分离组合式加载装置3由两到三个千斤顶和一个加载板组成，分离组合式加载装置3和电液伺服控制作动器5均由电液伺服控制箱6控制，另外，分离组合式均布加载装置3的加载板和试验模型9的加载面要进行增加摩擦处理，增加承载板和试验模型9之间摩擦力。
[0037]所述试验系统的加载对象为矩形试验模型9，最外部分圆形承载架2为圆形设计，整体上外圆内方的构造使模型加载过程中试验装置中的应力分布更加均匀，具有较好的承载力。
[0038]所述分离组合式均布加载装置3由两到三个千斤顶和一个加载板组成，两到三个千斤顶的设计与一个时相比能够使模型受荷面上的荷载分布更加一致，而利用一个加载板将两到三个千斤顶连接成一个整体的设计，保证了同一个加载面上千斤顶顶进量的一致，也是为了保证模型加载过程中模型受到的荷载更均匀。
[0039]所述加载板的尺寸是可以根据实际的试验模型9尺寸需要进行变化的，且加载板的尺寸应略小于试验模型9的尺寸，防止加载过程中加载板之间相互挤压。
[0040]所述分离组合式均布加载装置3共有三个，分别位于试验模型9的左右两侧和上侧，所述三个加载装置是相互独立的，可以分别对试验模型9施加水平和竖向荷载，模拟真实岩体中不同方向的应力状态。
[0041]所述电液伺服控制作动器5的加载端头中内置有相应的传感器，可以实时监测并记录电液伺服控制作动器5对试验模型9施加的荷载以及端头的位移量。
[0042]所述试验模型9是代表岩溶隧道中防突岩盘的岩体模型，试验模型9的形状为矩形，但其尺寸可是变化的，只要比分离组合式均布加载装置3中加载板的尺寸稍大即可。同时，试验模型9能够模拟的岩体类型也是多样的，比如坚硬致密岩体、松散岩体、完整岩体、含缺陷岩体等。
[0043]所述分离组合式均布加载装置3的加载板和试验模型9的加载面要进行增加摩擦处理，达到增加加载板和试验模型之间摩擦力的目的，而且这种处理方式并不是唯一的，比如对试验模型9可以在要加载的表面涂一层环氧树脂和砂的混合物，对加载板可以进行喷砂、抛丸等工艺进行处理。
[0044]所述三维数字照相装置7在试验过程中对试验模型表面全程摄像，与普通数字照相相比三维数字照相技术可实现对试验模型三维空间位移场进行全程监测分析。所述三维声发射装置8通过在模型前后表面分别粘贴至少两个声发射探头，在实验过程中全程记录试验模型9的声发射特征并进行声发射定位。
[0045]岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统及其试验方法，包括以下试验步骤:
[0046]I)根据实际中岩溶隧道的防突岩盘性质，按照试验具体要求制作试验模型9，模型的尺寸应略大于加载板11的尺寸，并对模型的上下和左右四个侧面进行处理，以达到增大表面摩擦力的目的；
[0047]2)将试验模型9放在承载台4上并与承载台边界对齐，在模型的前后两个表面分别至少粘贴两个声发射探头，并调试三维数字照相装置7图像清晰，三维声发射装置8使用正常，并开始启动三维数字照相装置7和三维声发射装置8 ;
[0048]3)之后通过控制电液伺服控制箱6利用分离组合式均布加载装置3对试验模型9水平和竖直方向进行加载，根据工程实际中地应力大小和试验设计，加载至预定荷载；
[0049]4)再利用电液伺服控制箱6启动电液伺服控制作动器5，根据实际岩溶隧道中水压力的大小和试验设计对试验模型9进行加载；
[0050]5)在对试验模型9加载过程中，三位数字照相装置7和三维声发射装置8不间断的采集图像和数据，实时监测试验模型9在加载过程中模型表面的三维空间变形以及三维声发射信息。
[0051]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统，其特征在于:试验系统包括基座(I)、圆形承载架(2)、分离组合式均布加载装置(3)、承载台(4)、电液伺服控制作动器(5)、电液伺服控制箱(6)、三维数字照相装置(7)、三维声发射装置(8)、试验模型(9)、千斤顶(10)和承载板(11);圆形承载架⑵安装在基座⑴上，在圆形承载架⑵上连接有分离组合式均布加载装置(3)和承载台(4)，分离组合式均布加载装置(3)与承载台(4)构成四方形承载室，承载台(4)位于下端，分离组合式均布加载装置(3)位于上端和左右两端并由千斤顶(10)和承载板(11)组成，在承载室内侧有电液伺服控制作动器(5)，电液伺服控制作动器(5)利用自身千斤顶(10)部分施加荷载，承载板(11)构成试验容器，在试验容器内有试验模型(9);在试验模型上粘贴声发射探头并连接三维声发射装置(8)，电液伺服控制箱(6)的控制线与分离组合式均布加载装置(3)和电液伺服控制作动器(5)连接，在试验容器的前面有三维数字照相装置(7)。2.权利要求1所述的一种岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下试验步骤: 1)根据实际中岩溶隧道的防突岩盘性质，按照试验具体要求制作试验模型(9)，模型的尺寸应略大于加载板的尺寸，并对模型的上下和左右四个侧面进行处理，以达到增大表面摩擦力的目的； 2)将试验模型(9)放在承载台(4)上并与承载台边界对齐，在模型的前后两个表面分别至少粘贴两个声发射探头，并调试三维数字照相装置(7)图像清晰，三维声发射装置(8)使用正常，并开始启动三维数字照相装置(7)和三维声发射装置(8); 3)之后通过控制电液伺服控制箱(6)利用分离组合式均布加载装置(3)对试验模型(9)水平和竖直方向进行加载，根据工程实际中地应力大小和试验设计，加载至预定荷载； 4)再利用电液伺服控制箱(6)启动电液伺服控制作动器(5)，根据实际岩溶隧道中水压力的大小和试验设计对试验模型(9)进行加载； 5)在对试验模型(9)加载过程中，三位数字照相装置(7)和三维声发射装置(8)不间断的采集图像和数据，实时监测试验模型(9)在加载过程中模型表面的三维空间变形以及三维声发射信息。
【专利摘要】一种岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统及其试验方法，属于水力耦合作用下围岩破坏模型试验系统及试验方法。岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统包括基座、圆形承载架、分离组合式均布加载装置、承载台、电液伺服控制作动器、电液伺服控制箱、三维数字照相和三维声发射装置；利用分离组合式均布加载装置对试验模型进行水平和竖直方向加载，利用电液伺服控制作动器模拟岩盘后侧的水压力，利用三维数字照相和三维声发射装置对实验过程中模型的三维变形和三维声发射信息进行监测和定位。岩溶隧道防突岩盘失稳破坏模型试验系统及其试验方法准确地模拟防突岩盘的工程环境，提高了试验效率，节约了试验的时间和经济成本，提高了实验结果的精确性。
【IPC分类】G01N3/12, G01N33/00
【公开号】CN105136582
【申请号】CN201510617388
【发明人】蔚立元, 苏海健, 靖洪文, 吴兴杰, 刘贵周
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月24日