一种高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置

1.本发明涉及一种高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置。


背景技术：

2.随着巷道深度的增加应力也相应增加，同时，巷道围岩的结构、力学特性和工程响应在高应力条件下出现了新的特征。因此，研究高水平应力巷道与不同侧压系数的关系具有重要的现实意义和理论意义。实验室模型试验是研究大型岩土工程领域的重要手段，随着相似理论的逐步发展，地下工程领域的模型试验由二维过度到三维模式。二维的平面模型试验系统只能对模型上下左右边界加均布荷载，但不能进行巷道向高地应力模型试验，且实验装置不够灵活功能较少，而大型的三维实验装置常常为封闭式，对装置内部的实验现象难以分析。因此，针对现有模型试验装置的上述不足，设计出一种高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置。


技术实现要素：

3.为了克服目前三维巷道模型试验装置存在的以上技术问题，本发明提供一种高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置，该装置具有可视化、可扩充性、高效性等特点能够很好的的解决上述不足。
4.为达到以上目的，本发明的技术方案为：由x、y、z三向电液加压系统、透明围岩观察传力板、轴向开挖传力板、数据监测侧边传力板、高强度反力架和围岩数据变化监测系统组成高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置，其中，x向电液加压系统对围岩提供轴向高应力，y向电液加压系统对围岩提供侧向高应力，z向电液加压系统对围岩提供垂直重力，且x、y、z三向电液加压系统所提供的力可以单独分级控制，以研究不同侧压系数下高水平应力巷道围岩破坏特征。
5.进一步，x、y、z三向电液加压系统由单个电液加压部件组成。
6.具体的，单个电液加压部件具体由液压立柱、金属快速接头、长距离液压油输送软管，液压油分流器、压力表、短距离液压油输送软管、电磁阀液压泵组成。
7.具体的，x、y、z三向电液加压系统分别由8个电液加压部件组成，并且，把8个电液加压部件分为2组，每组4个安装在高强度反力架上。
8.进一步，高强度反力架由4条立柱和8条横柱组成框架。
9.具体的，4条立柱和8条横柱利用焊接及螺丝双固定的方式将其进行组装，为使其更加牢固，在连接处增加三角结构。
10.具体的，反力架内部设置x、y、z三向的横梁底座。
11.具体的，在底座上设置反力杆，反力杆的端部设置u型卡槽，在u型卡槽中间设置张紧螺丝，用以固定单个电液加压部件。
12.进一步，透明围岩观察传力板主要材料为高强度有机亚克力板，在透明围岩观察传力板四角设置电液加压部件中液压立柱的受力部件。
13.具体的，受力部件需要紧密贴合在液压立柱端头。
14.进一步，轴向开挖传力板和数据监测侧边传力板材质相同，都为高强度钢材。
15.具体的，轴向开挖传力板中间设置巷道开挖口、开挖口加压圆柱和十字连接杆。
16.具体的，巷道开挖前，开挖口加压圆柱用十字连接杆固定在轴向开挖传力板中间的巷道开挖口里。
17.具体的，巷道开挖时，卸下十字连接杆取出轴向开挖传力板中间的巷道开挖口中的开挖口加压圆柱。
18.具体的，数据监测侧边传力板提前预留可通过数据连接线的洞口，该数据线主要连接埋设在巷道周围的压力盒。
19.进一步，透明围岩观察传力板的可视化功能和经过数据监测侧边传力板预留洞口的内部应力数据线，可以配合围岩数据变化监测系统对不同侧压系数下高水平应力巷道围岩破坏特征进行分析。
20.具体的，该监测系统主要分析巷道表面位移和巷道开挖卸荷过程中的应力变化。
21.与现有技术比较，本发明的有益效果是，可以有效解决巷道装置实验时，巷道开挖后内部围岩运移无法直观分析和需要大量辅助设备配合等问题，实现了高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置的高效使用，为解决可靠稳定的直观化测量数据提供有力保证。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
23.图1是本发明一种高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置的平面结构示意图。
24.图2是本发明一种高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置的液压柱与横梁底座连接示意图。
25.图3是本发明一种高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置的透明围岩观察传力板与受力部件连接示意图。
26.图4是本发明一种高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置的透开挖口加压圆柱与十字连接杆连接示意图。
27.图5是本发明一种高水平应力巷道围岩可视化真三轴实验装置的的前示图。
28.图中1.x向电液加压系统，2.y向电液加压系统，3.z向电液加压系统，4.透明围岩观察传力板，5.轴向开挖传力板，6.数据监测侧边传力板，7.高强度反力架，8.围岩数据变化监测系统，9.液压立柱，10.金属快速接头，11.长距离液压油输送软管，12.液压油分流器，13.压力表，14.短距离液压油输送软管，15.电磁阀液压泵，16.横梁底座，17.三角结构，18.反力杆，19.u型卡槽，20.张紧螺丝，21.受力部件，22.开挖口加压圆柱，23.十字连接杆，24.压力盒。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
30.本实施例的室内试验装置，参见图1至图5。从图中可见，x向电液加压系统1、y向电液加压系统2和z向电液加压系统中的液压立柱9分别用u型卡槽19和张紧螺丝20固定在反力杆18上，反力杆18用焊接法组装在横梁底座16上，横梁底座16固定在高强度反力架7上，透明围岩观察传力板4、轴向开挖传力板5和数据监测侧边传力板6紧贴在液压立柱9端部，液压立柱9、长距离液压油输送软管11，液压油分流器12、短距离液压油输送软管14、电磁阀液压泵15依次用金属快速接头10连接，将压力表13安装在液压立柱9和长距离液压油输送软管11中间，受力部件21配合透明围岩观察传力板4传导压力，开挖口加压圆柱22与十字连接杆23配合轴向开挖传力板5开挖巷道，将压力盒24的数据线经数据监测侧边传力板6的预留口埋设在围岩中用以监测巷道开挖卸荷过程中的应力变化。
31.基于上述用于模拟可提供围压的小型化巷道开挖方向变轴力施加装置，本发明提供的试验方法具体步骤如下：
32.(1)将模型试验材料均匀填入明围岩观察传力板4、轴向开挖传力板5和数据监测侧边传力板6组成的围压盒中，将压力盒24埋设在模型中部再压实。
33.(2)首先控制z向电液加压系统对模型施加垂直重力，然后控制x向电液加压系统对模型施加轴向高应力,最后y向电液加压系统对模型施加侧向高应力,期间利用压力盒24采集到的数据由围岩数据变化监测系统8进行分析。
34.(3)打开轴向开挖传力板5上的开挖口加压圆柱22与十字连接杆23，对巷道进行开挖，利用透明围岩观察传力板分析不同侧压系数下高水平应力巷道围岩破坏特征。
35.(4)巷道开挖期间，同时利用压力盒24采集巷道开挖时的应力数据变化。
36.(5)巷道完全破坏后，使x、y、z三向电液加压系统返回初始位置，实验结束。