【技术实现步骤摘要】
本申请涉及岩样处理，特别是涉及一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备及评价方法。
技术介绍
1、随着地下空间开发利用的不断深化，地下工程面临的围岩失稳问题日益突出。在工程活动过程中，围岩受到开挖、爆破等动力作用的影响，易于诱发一系列的失稳破坏现象，这对地下工程的安全性造成了重大威胁。为确保深部巷道围岩在长时间跨度下的稳定性，传统的工程实践中常常采用锚杆支护技术，通过植入锚杆并施加预应力来加固围岩结构。
2、然而，锚杆支护的加固方式容易受到多种外界条件因素的制约，如锚杆的最佳布置、密度的选择、预应力施加的准确度和力度控制等，这些问题往往使得锚杆支护的操作和监测变得更加繁琐。
技术实现思路
1、本申请提供了一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备及评价方法，能够根据实际需求控制气体发生器随时改变气囊的补偿应力，实现对围岩内部应力的灵活控制与补偿，方便实时监测气囊压力变化以及判断待测岩样内部应力分布和性能变化。
2、第一方面，本申请提供了一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备，用于测试待测岩样，测试设备包括伺服加载系统、约束组件、气囊以及气体发生器；
3、约束组件放置于伺服加载系统；
4、约束组件设有定位槽和临空面，待测岩样设置于定位槽内，气囊朝临空面穿设于待测岩样内部的通孔，且气囊连接气体发生器和外部监测设备。
5、其进一步的技术方案为，待测岩样内部设有多个传感器组件，每一传感器组件设置于待测岩样内部对应的预设测点上。p>
6、其进一步的技术方案为，传感器组件包括固定件、连接件和传感器；
7、其中，固定件安装在待测岩样内部；
8、传感器通过连接件设置在固定件上。
9、其进一步的技术方案为，固定件包括两个垂直设置的铁丝网，每一铁丝网设置一个连接件，每一连接件粘贴有一对垂直排列的传感器。
10、其进一步的技术方案为，预设测点包括第一测点、第二测点、第三测点和第四测点；
11、其中，第一测点和第二测点沿待测岩样的z轴方向设置，第三测点和第四测点沿待测岩样的y轴方向设置，且第一测点、第二测点、第三测点以及第四测点距离待测岩样的质心的距离均为半径的若干倍。
12、第二方面，本申请提供了一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的评价方法，方法包括：
13、在无补偿支护条件下，利用伺服加载系统对待测岩样的顶端施加垂直荷载，得到第一待分析数据；
14、在多种预设气囊压力条件下，利用伺服加载系统对待测岩样的顶端施加垂直荷载，得到第二待分析数据；
15、基于第一待分析数据、第二待分析数据和待测岩样的尺寸数据，得到待测岩样的吸能指标、抗变形指标和承载力指标；
16、基于吸能指标、抗变形指标和承载力指标，得到气囊补偿支护下的围岩评价结果。
17、其进一步的技术方案为，基于第一待分析数据、第二待分析数据和待测岩样的尺寸数据，得到待测岩样的吸能指标、抗变形指标和承载力指标，包括：
18、获取待测岩样在无补偿支护条件下的第一吸收能量，以及在预设气囊压力条件下的第二吸收能量；
19、确定第二吸收能量与第一吸收能量的能量差，以及第一补偿应力与第二补偿应力的应力差；
20、基于能量差与应力差的比值，得到待测岩样的吸能指标。
21、其进一步的技术方案为，方法还包括：
22、确定待测岩样的塑性区半径；
23、基于塑性区半径以及传感器测出的应变数据，得到待测岩样的修正边界；
24、基于修正边界，得到待测岩样的塑性区评价指标；
25、基于塑性区评价指标，得到气囊补偿支护下的围岩评价结果。
26、其进一步的技术方案为，确定待测岩样的塑性区半径，包括：
27、获取待测岩样的材料内摩擦角、开洞半径、气囊补偿作用力，以及伺服加载系统对待测岩样的顶端施加的法向作用力；
28、基于材料内摩擦角、开洞半径、气囊补偿作用力，以及法向作用力，确定待测岩样的塑性区半径。
29、其进一步的技术方案为，修正边界包括椭圆区域的长半轴和短半轴，基于塑性区半径以及传感器测出的应变数据，得到待测岩样的修正边界，包括：
30、确定第一测点与第二测点分别在x轴方向、y轴方向以及z轴方向的应变力之和；
31、基于x轴方向的应变力之和、y轴方向的应变力之和、z轴方向的应变力之和，以及塑性区半径，得到椭圆区域的长半轴；
32、确定第三测点与第四测点分别在x轴方向、y轴方向以及z轴方向的应变力之和；
33、基于x轴方向的应变力之和、y轴方向的应变力之和、z轴方向的应变力之和，以及塑性区半径，得到椭圆区域的短半轴。
34、本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请通过将约束组件放置于伺服加载系统，将待测岩样设置于约束组件内设有的定位槽，确保待测岩样能够被精确固定在模拟实验的合适位置；另外，由于在地下工程中，围岩内部往往会因开挖或其他工程活动形成应力集中区域或临空面，这些区域容易出现应力失衡导致围岩失稳，基于此，本申请通过朝约束组件的临空面穿设于待测岩样内部的通孔设置气囊，以通过气囊在待测岩样内部形成动态应力补偿，能够更准确地模拟实际工程条件下围岩内部应力的分布和变化情况，并且将气囊与气体发生器以及外部监测设备相连，能够根据实际需求控制气体发生器随时改变气囊的补偿应力，实现对围岩内部应力的灵活控制与补偿，方便实时监测气囊压力变化以及判断待测岩样内部应力分布和性能变化，改善相关技术因采用锚杆支护的加固方式导致操作和监测比较繁琐的技术问题。
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1.一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备，其特征在于，用于测试待测岩样，所述测试设备包括伺服加载系统、约束组件、气囊以及气体发生器；
2.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述传感器组件包括固定件、连接件和传感器；
3.根据权利要求2所述的测试设备，其特征在于，所述固定件包括两个垂直设置的铁丝网，每一所述铁丝网设置一个连接件，每一所述连接件粘贴有一对垂直排列的传感器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的测试设备，其特征在于，所述预设测点包括第一测点、第二测点、第三测点和第四测点；
5.一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的评价方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的测试设备，所述方法包括：
6.根据权利要求5所述的评价方法，其特征在于，所述基于所述第一待分析数据、所述第二待分析数据和所述待测岩样的尺寸数据，得到所述待测岩样的吸能指标、抗变形指标和承载力指标，包括：
7.根据权利要求5所述的评价方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求7所述的评价方法，其特征在于，所述确定所
9.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于，所述修正边界包括椭圆区域的长半轴和短半轴，所述基于所述塑性区半径以及所述传感器测出的应变数据，得到所述待测岩样的修正边界，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的测试设备，其特征在于，用于测试待测岩样，所述测试设备包括伺服加载系统、约束组件、气囊以及气体发生器；
2.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述传感器组件包括固定件、连接件和传感器；
3.根据权利要求2所述的测试设备，其特征在于，所述固定件包括两个垂直设置的铁丝网，每一所述铁丝网设置一个连接件，每一所述连接件粘贴有一对垂直排列的传感器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的测试设备，其特征在于，所述预设测点包括第一测点、第二测点、第三测点和第四测点；
5.一种气囊补偿支护下硐室岩体性能的评价方法，其特征在于，基...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜晓明，郝清硕，王学楷，杨帆，何肖辉，李喆，董美强，翟兆玺，刘远建，殷小亮，张真煌，杨贵均，唐丽茹，王科学，边文辉，杨丞，李莹，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
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