【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种隧洞围岩应力演化可视化试验方法。适用于围岩施工。
技术介绍
1、随着经济社会的快速发展，交通隧道、水利水电、能源开采等基础工程不断向地球深部发展。深埋工程地处高地应力环境，工程开挖等扰动作用下原岩应力场平衡被打破，应力重分布易造成围岩大变形、岩爆等工程灾害。为此，有必要探究工程开挖过程中围岩应力变化及其对洞室围岩的影响和作用机制，为深部工程稳定性分析和洞室支护设计提供技术支撑。
2、在众多试验方法中，模型试验凭借其可操作强性、适用面广、能够直接获取围岩内部信息等优点成为最常用的研究方法之一。在开展试验过程中，通常通过预埋监测元件进而实现内部信息的获取，常用监测方法或元件有数字图像处理法、土压力盒、光栅光纤、应变砖等，但深入发现现有试验方法有以下不足：
3、(1)通过数字图像相关法处理散斑仅能得到围岩表面变化，且受到散斑斑点大小影响，当围岩表面剥落后无法继续测试；
4、(2)预埋监测元件昂贵，试样浇筑过程预埋至相似材料中，无法保证监测元件较高的存活率；
5、(3)监测元件无法固定，在不添加固定组件的前提下，无法保证浇筑过程中监测元件不会发生旋转，而添加固定组件则破坏试样的完整性和均匀性，对试验结果造成一定影响；
6、(4)监测点数量有限，由于监测元件自身有一定体积，无法密集布置获取随隧洞周围连续应力分布。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种隧洞围岩应力演化可视化试验
2、本专利技术所采用的技术方案是：一种隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，包括：
3、基于工程现场参数和试验机参数，确定浇筑试样所用的相似材料，所述试样上具有贯通该试样的隧洞；
4、沿隧洞轴向将试样分成至少两部分，从隧洞轴向一端至另一端依次浇筑各试样部分，并在试样部分浇筑完成后在该试样部分与下一试样部分的接触面上布置若干应变监测单元；
5、将浇筑完成的试样安装于试验机上，并通过数据采集线将试样内的应变监测单元与应变信号采集仪和数据采集仪相连；
6、通过试验机对试样进行加载试验，并通过数据采集仪获取各应变监测单元采集的应变数据；
7、基于数据采集仪获取的应变数据，进行数据分析与处理。
8、所述基于工程现场参数和试验机参数，确定浇筑试样所用的相似材料，包括：
9、基于试验机参数确定试样的尺寸，并基于试样的尺寸确定该试样上的隧洞半径；
10、基于工程现场参数中的隧洞半径及试样上的隧洞半径，得到工程现场与试样的几何相似比；
11、基于工程现场参数、试验机参数，以及工程现场与试样的几何相似比，确定试样的材料参数；
12、基于试样的材料参数，确定浇筑试样所用相似材料的材料选择和材料配比。
13、所述基于试验机参数确定试样的尺寸，并基于试样的尺寸确定该试样上的隧洞半径，包括：
14、根据试验机参数确定试样为边长l的立方体，并根据l≥6r，确定试样上的隧洞半径为r。
15、所述试样的材料参数包括应力相似参数、弹性模量相似比、容重相似比和边界应力相似比。
16、所述基于工程现场参数、试验机参数，以及工程现场与试样的几何相似比，确定试样的材料参数，包括：
17、
18、其中，cσ为应力相似参数、ce为弹性模量相似比、cγ为容重相似比、cp为边界应力相似比、cl为工程现场与试样的几何相似比；
19、根据现场地应力水平和试验机施加量程确定边界应力相似比cp，进而根据式(1)确定应力相比cσ，根据式(2)确定容重相似比cγ，根据式(3)确定弹模相似比ce。
20、所述在试样部分浇筑完成后在该试样部分与下一试样部分的接触面上布置若干应变监测单元，包括：
21、在接触面上设置多个围绕隧道的监测环，各监测环上均匀设有若干监测点，监测点上设置应变监测单元。
22、所述应变监测单元布置完成后在相应的接触面上涂一层硅橡胶。
23、所述应变监测单元具有x向应变片和z向应变片，所述试样上隧洞的开挖方向为y向。
24、所述基于数据采集仪获取的应变数据，进行数据分析与处理，包括：
25、将所测得应变数据转变为应力数据；
26、应变数据和应力数据，得到每一个应变监测单元所处监测点的应力/应变演化曲线。
27、所述基于数据采集仪获取的应变数据，进行数据分析与处理，包括：
28、将所测得应变数据转变为应力数据；
29、通过插值得到全断面的应力/应变云图。
30、本专利技术的有益效果是：本专利技术通过沿隧洞轴向将试样分成至少两部分，采用分次浇筑，在试样部分浇筑完成后在该试样部分与下一试样部分的接触面上布置应变监测单元，从而可在不添加固定组件的基础下固定、保护监测元件，同时可实现密集张贴应变片。
31、本专利技术在试样内部预埋应变监测单元，从而可直接获取隧洞开挖过程中围岩的主应力/主应变的演化过程。基于密贴应变监测单元，可通过插值获取监测全断面的应力/应变云图，同时可借助不同的评价指标进行评价，更为直观的确定隧洞开挖损伤区及影响区域等数据，填补了现有领域的空白。
32、本专利技术中应变片布置为双向布置，所有监测点的应变片均监测x向和z向应变，可操作性强、便于校正，后续数据处理简单。
33、本专利技术操作简单、适用性广、推广性强，可针对各种工况开展试验，如动力扰动、爆破、开挖等。同时隧洞形状可变，圆形洞室、矩形洞室、马蹄形洞室均可，有助于探明现场施工过程中围岩应力调整全过程，为选择支护方式及支护时机提供参考意见。
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1.一种隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，所述基于工程现场参数和试验机参数，确定浇筑试样所用的相似材料，包括：
3.根据权利要求2所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，所述基于试验机参数确定试样的尺寸，并基于试样的尺寸确定该试样上的隧洞半径，包括：
4.根据权利要求2所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于：所述试样的材料参数包括应力相似参数、弹性模量相似比、容重相似比和边界应力相似比。
5.根据权利要求2所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，所述基于工程现场参数、试验机参数，以及工程现场与试样的几何相似比，确定试样的材料参数，包括：
6.根据权利要求1所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，所述在试样部分浇筑完成后在该试样部分与下一试样部分的接触面上布置若干应变监测单元，包括：
7.根据权利要求1或6所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于：所述应变监测单元具有x向应变片和
8.根据权利要求1所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于：所述应变监测单元布置完成后在相应的接触面上涂一层硅橡胶。
9.根据权利要求1所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，所述基于数据采集仪获取的应变数据，进行数据分析与处理，包括：
10.根据权利要求1所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，所述基于数据采集仪获取的应变数据，进行数据分析与处理，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，所述基于工程现场参数和试验机参数，确定浇筑试样所用的相似材料，包括：
3.根据权利要求2所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，所述基于试验机参数确定试样的尺寸，并基于试样的尺寸确定该试样上的隧洞半径，包括：
4.根据权利要求2所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于：所述试样的材料参数包括应力相似参数、弹性模量相似比、容重相似比和边界应力相似比。
5.根据权利要求2所述的隧洞围岩应力演化可视化试验方法，其特征在于，所述基于工程现场参数、试验机参数，以及工程现场与试样的几何相似比，确定试样的材料参数，包括：
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宁，张春生，高要辉，陈珺，钟大宁，王刚，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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