【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及适用于地应力测量，特别涉及一种模拟高地应力加载测量装置及使用方法。
技术介绍
1、地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因使地壳物质产生的内应力效应，是地壳应力的统称。地应力对隧洞工程施工程施工影响很大。但目前理论分析与数值模拟为工程的施工提供的参考价值有限，缺少真正意义上的工程运用与实践操作，所以十分需要根据实际工程条件设计的室内模型试验来对工程进行模拟。
2、当前实验室对地下深层高地应力的模拟大多采用机械液压装置以及三维加载系统，但对模型体的四周进行分级加载困难很大以及加载系统与模型体各面之间的摩擦力很大，降低了加载系统的加载效果，对模型体内部应力情况有巨大影响且这种摩擦力难以克服。
3、目前有关的高地应力模拟试验加载装置研究现状：
4、例如cn 201203599y中采用一种高压加载结构模型试验系统，该装置采用六面高压加载，模拟岩石三轴加载，这种机械装置操作简单方便，加载系统刚度与加载自动化程度高，但采取的是比例加压，实验的准确度无法得到保证。
5、例如cn 101344445y中采用一种带滑动墙的自平衡式真三维加载模型试验台架，采用门式反力架，结构墙和滑动墙以及液压加载装置对模型体六面进行加载。但该装置模型制作繁琐，操作复杂，模型体表面距装置外部较远且采用的为比例加压，实验的准确度无法得到保证。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种模拟高地应力
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种模拟高地应力加载测量装置，包括试验桶，试验桶内设有模拟加载材料，试验桶通过反力机构进行上下夹持，试验桶内沿高度设置多组应力片，应力片通过数据线与数据采集设备连接。
3、优选的方案中，所述模拟加载材料的组分包括石膏、重金属粉、膨润土、膨胀剂、石英砂和水，石膏的质量占比为模拟加载材料总质量的5%~8%，重金属粉的质量占比为模拟加载材料总质量的8%~10%，膨润土的质量占比为模拟加载材料总质量的5%~8%，膨胀剂的质量占比为模拟加载材料总质量的18%~22%，石英砂的质量占比为模拟加载材料总质量的35%~40%，其余为水。
4、优选的方案中，所述模拟加载材料中，石膏的质量占比为6%，重金属粉的质量占比为9.6%，膨润土的质量占比为6%，膨胀剂的质量占比为20%，石英砂的质量占比为38.4%，水的质量占比为20%。
5、优选的方案中，所述试验桶包括反应桶体，反应桶体底部设有密封底板，上端设有密封盖板，反应桶体外侧设有碳纤维外壳，碳纤维外壳为碳纤维缠绕反应桶体外侧并通过胶水粘结构成。
6、优选的方案中，所述反应桶体内侧设有刻度线。
7、优选的方案中，所述反力机构包括底板，试验桶放置在底板上，底板上侧设有反力支架，反力支架上端外侧设有至少两组反力把手，反力支架外侧设有基座，反力把手上端与基座铰接，反力把手上设有转轴，“u”形卡扣的自由端分别与转轴两端连接，还包括放置在试验桶上侧的压盖，压盖上侧设有与反力把手对应的埋板，埋板上设有卡钩，“u”形卡扣卡装在卡钩内实现对压盖的下压施力。
8、优选的方案中，所述转轴上设有供“u”形卡扣的自由端穿过的通孔，“u”形卡扣的自由端设有与调节螺母配合的外螺纹，通过调节螺母将“u”形卡扣固定在转轴上。
9、优选的方案中，所述应力片外侧包覆保护膜。
10、本专利技术还提供一种模拟高地应力加载测量装置的使用方法，包括如下步骤：
11、步骤一、根据模拟加载材料所需组分质量进行称重，然后混合，通过振动棒进行搅拌，搅拌均匀后分多次加入水，用振动棒搅拌均匀，完成模拟加载材料的制备；
12、步骤二、将碳纤维外壳粘贴在反应桶体外侧，反应桶体底部粘贴密封底板，完成试验桶的加工；
13、步骤三、然后将步骤一制备的模拟加载材料填充至反应桶体中，填充的过程中同时将应力片埋设在模拟加载材料中，模拟加载材料填充完毕后，将密封盖板放置在模拟加载材料上侧；
14、步骤四、将试验桶放置在反力机构的底板上，将压盖放置在试验桶上侧，向上转动“u”形卡扣，将反力把手向上翻转，使“u”形卡扣的高度超过卡钩的高度，将“u”形卡扣挂设在卡钩上，然后向下转动反力把手，使压盖下压设置在试验桶上侧对密封盖板进行限位，同时压盖不对密封盖板施加压力；
15、步骤五、整个测量装置搬运至ct扫描机上，模拟加载材料反应，应力片对模拟加载材料内部的压力数据进行采集，同时ct扫描机分时刻对试验桶内部结构进行扫描，得到不同时刻的ct值，直至完成测试。
16、优选的方案中，所述步骤四中，通过转动调节螺母，松开对“u”形卡扣的安装，沿转轴的通孔拉动“u”形卡扣，调整“u”形卡扣端部至转轴的长度，根据试验桶的高度进行调节，当“u”形卡扣挂设在卡钩上对反力把手向下压后，压盖底部与试验桶上侧平齐。
17、本专利技术提供的一种模拟高地应力加载测量装置及使用方法，具有以下有益效果：
18、1、本专利技术利用膨胀剂的本身效果与水反应膨胀，模拟了对地下深层岩石的加载过程，不同于以往的机械加载装置，且无需采用比例施压，实验所需空间要求不高。这样的加载过程不会造成外界干扰，无需对原始地应力进行破坏后再测量。
19、2、本专利技术该利用模拟加载材料以及试验桶的约束来模拟地下深层岩石和对其的加载过程以及压力的测量，简化了施工方式，避免大型机械进场试验，弥补了当前实验室内进行高地应力测量的空白。
20、3、本专利技术提供的反力结构可以对桶体结构中模拟地下深层岩石加载过程中对力的约束更好，让岩石蓄积的过程更加充分，能够很好应对岩石蓄积的各种环境要求，且可以通过其把手上的螺纹杆来调整框架的整体高度，可以适应不同桶体结构的要求。
21、4、采用保护膜对应力片进行包裹，可以保证在实验中压力片不被外界因素干扰，如水，温度等对应力片的影响，导致结果发生巨大的偏差，如此测出的应力能够保证实验数据的精确性且应力片不会被包裹材料干扰。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，包括试验桶（1），试验桶（1）内设有模拟加载材料（2），试验桶（1）通过反力机构（3）进行上下夹持，试验桶（1）内沿高度设置多组应力片（4），应力片（4）通过数据线与数据采集设备连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述模拟加载材料（2）的组分包括石膏、重金属粉、膨润土、膨胀剂、石英砂和水，石膏的质量占比为模拟加载材料（2）总质量的5%~8%，重金属粉的质量占比为模拟加载材料（2）总质量的8%~10%，膨润土的质量占比为模拟加载材料（2）总质量的5%~8%，膨胀剂的质量占比为模拟加载材料（2）总质量的18%~22%，石英砂的质量占比为模拟加载材料（2）总质量的35%~40%，其余为水。
3.根据权利要求2所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述模拟加载材料（2）中，石膏的质量占比为6%，重金属粉的质量占比为9.6%，膨润土的质量占比为6%，膨胀剂的质量占比为20%，石英砂的质量占比为38.4%，水的质量占比为20%。
4.根据权利要求1所述的一种模拟高
5.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述反应桶体（101）内侧设有刻度线。
6.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述反力机构（3）包括底板（301），试验桶（1）放置在底板（301）上，底板（301）上侧设有反力支架（302），反力支架（302）上端外侧设有至少两组反力把手（303），反力支架（302）外侧设有基座（304），反力把手（303）上端与基座（304）铰接，反力把手（303）上设有转轴（305），“U”形卡扣（306）的自由端分别与转轴（305）两端连接，还包括放置在试验桶（1）上侧的压盖（307），压盖（307）上侧设有与反力把手（303）对应的埋板（308），埋板（308）上设有卡钩（309），“U”形卡扣（306）卡装在卡钩（309）内实现对压盖（307）的下压施力。
7.根据权利要求6所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述转轴（305）上设有供“U”形卡扣（306）的自由端穿过的通孔，“U”形卡扣（306）的自由端设有与调节螺母（310）配合的外螺纹，通过调节螺母（310）将“U”形卡扣（306）固定在转轴（305）上。
8.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述应力片（4）外侧包覆保护膜。
9.一种模拟高地应力加载测量装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种模拟高地应力加载测量装置的使用方法，其特征在于，所述步骤四中，通过转动调节螺母（310），松开对“U”形卡扣（306）的安装，沿转轴（305）的通孔拉动“U”形卡扣（306），调整“U”形卡扣（306）端部至转轴（305）的长度，根据试验桶（1）的高度进行调节，当“U”形卡扣（306）挂设在卡钩（309）上对反力把手（303）向下压后，压盖（307）底部与试验桶（1）上侧平齐。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，包括试验桶（1），试验桶（1）内设有模拟加载材料（2），试验桶（1）通过反力机构（3）进行上下夹持，试验桶（1）内沿高度设置多组应力片（4），应力片（4）通过数据线与数据采集设备连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述模拟加载材料（2）的组分包括石膏、重金属粉、膨润土、膨胀剂、石英砂和水，石膏的质量占比为模拟加载材料（2）总质量的5%~8%，重金属粉的质量占比为模拟加载材料（2）总质量的8%~10%，膨润土的质量占比为模拟加载材料（2）总质量的5%~8%，膨胀剂的质量占比为模拟加载材料（2）总质量的18%~22%，石英砂的质量占比为模拟加载材料（2）总质量的35%~40%，其余为水。
3.根据权利要求2所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述模拟加载材料（2）中，石膏的质量占比为6%，重金属粉的质量占比为9.6%，膨润土的质量占比为6%，膨胀剂的质量占比为20%，石英砂的质量占比为38.4%，水的质量占比为20%。
4.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述试验桶（1）包括反应桶体（101），反应桶体（101）底部设有密封底板（102），上端设有密封盖板（103），反应桶体（101）外侧设有碳纤维外壳（104），碳纤维外壳（104）为碳纤维缠绕反应桶体（101）外侧并通过胶水粘结构成。
5.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述反应桶体（101）内侧设有刻度线。
6.根据权利要求1所述的一种模拟高地应力加载测量装置，其特征在于，所述反力机构（...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，孙坤，汪传昊，石磊，王斌，杨瑜南，宋郭峰，刘王豪，胡格格，彭勃，刘紫薇，贾皓然，王昊，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。