【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法。适用于岩土工程领域。
技术介绍
1、随着国民经济的持续发展，我国对能源、资源、水利水电、交通与环境等刚性需求日益增加，促使采矿井巷、水利隧洞、水电洞室、公路和铁路隧道等工程建设不断从地表向地下空间进军。围岩稳定性控制研究是地下工程安全建设面临的首要问题，而围岩失稳是围岩体承载能力不足以匹配应力调整过程的直观反映，因此，亟需深入理解围岩应力调整特征以及相应应力状态下围岩的力学响应行为。应力迁移是对围岩二次应力演变全过程的综述，包括应力集中区的萌生、强化、转移特征，直观地测定应力迁变全过程是认清围岩稳定的前提。
2、物理模型实验是研究地下工程围岩稳定的重要实验方法之一。基于相似理论，配置出可再现地下工程原岩力学特性的相似材料，进而制备大型物理模型试样，采用大型物理模型实验系统，施加边界荷载，借助机器或人工开挖来研究围岩的稳定行为。
3、在此类实验中，最重要的是监测围岩受开挖影响区的应力迁移全过程，只有系统有效的监测工作才能更为直接地揭示应力和开挖共同作用下围岩应力场的复杂响应规律。但现有的物理模型实验方法主要测定围岩整体的变形、强度和破坏特征，无法有效监测围岩受开挖影响区的应力迁移全过程。
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，提供一种可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法。
2、本专利技术所采用的技术方案是：一种可视化测定地下工程应力迁变
3、获取地下工程相应位置的原岩试样，并测取原岩试样的力学特性；
4、基于原岩试样的力学特性，配置能再现原岩试样力学特性的相似材料，并利用相似材料，浇筑模型试样；
5、基于地下工程现场原位测试的初始地应力场，向模型试样施加三向荷载，并进行模型试样开挖；
6、开挖过程中获取模型试样内部应力和应变信息，模型试样全局应变和应力信息，模型试样破裂和能量特征，以及模型试样开挖区域的破裂信息；
7、基于开挖过程中模型试样内部应力和应变信息、全局应变和应力信息、破裂和能量特征、开挖区域的破裂信息，监测模型试样内受开挖影响区的应力迁移全过程。
8、所述原岩试样的力学特性，包括：弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、单轴抗拉强度、单轴抗压强度和峰后脆性。
9、所述基于原岩试样的力学特性，配置能再现原岩试样力学特性的相似材料，包括：
10、所述相似材料的选定材料包括石英砂、重晶石粉、石膏、水泥和水；
11、选择石英砂、重晶石粉、高强石膏与水泥质量比及水作为影响因素，通过正交试验设计方法获得多种不同的配比方案；
12、基于各配比方案，浇筑与原岩试样尺寸相当的模型试样；
13、获取各配比方案模型试样的力学特性，并建立力学特性特征量与选定材料配比方案的量化关系；
14、基于力学特性特征量与选定材料配比方案的量化关系、原岩试样的力学特性，确定相似材料的配比方案。
15、所述获取模型试样内部应力和应变信息，包括：
16、在所述模型试样内部埋置压力盒，通过压力盒获取模型试样内部应力信息；
17、在所述模型试样内部埋置光纤光栅传感器，通过光纤光栅传感器获取模型试样内部应变信息。
18、所述压力盒和光纤光栅传感器布置在模型试样应力集中区域，应力集中区域通过数值模拟分析预先确定；所述压力盒和光纤光栅传感器分层布置，每层扇形布置。
19、所述获取模型试样全局应变和应力信息，包括：
20、在所述模型试样表面布置数字散斑，通过数字散斑获取模型试样全局应变和应力信息。
21、所述在所述模型试样表面布置数字散斑，包括：平整模型试样表面、制作数字散斑白底、制作数字散斑黑点。
22、所述模型试样破裂和能量特征，包括：
23、在所述模型试样表面设置声发射探头，通过声发射探头获取模型试样破裂和能量特征。
24、所述获取模型试样开挖区域的破裂信息，包括：
25、跟随开挖进尺，逐渐往模型试样内部放置内窥镜，通过内窥镜获取模型试样开挖区域的破裂信息。
26、所述监测模型试样内受开挖影响区的应力迁移全过程，包括：
27、确定模型试样最终失稳前的应力、应变或破裂信息，转换成工程现场方便测定的受力、变形和破坏信息，以此作为地下工程围岩失稳的前兆预警信息。
28、本专利技术的有益效果是：本专利技术同时采用数字散斑和光纤光栅传感器进行应变监测，采用数字散斑和压力盒进行应力监测，采用数字散斑、声发射和内窥镜进行破裂监测，保证监测数据完整的同时也可以互相验证监测结果(互相验证不涉及算法，就是监测结果的直接比较)，不同监测手段共同监测，然后对比监测结果，如果监测结果差异较大，则重新对监测手段进行标定，重新开展实验，如果监测结果差异在允许误差内，则正常开展实验并分析实验结果。保证监测结果的可信性和准确性。
29、本专利技术中数字散斑可全程可视化测定模型试样表面全局应力场演化过程，包括应力集中区的萌生、扩展和转移，以及应力迁移与破裂的协同关系；数字散斑采取石膏修补、砂纸平整、喷漆制底和笔涂制点的方式完成，可以同时保证大型物理模型实验中数字散斑分析精度和计算机后处理所需内存的双重要求。
30、本专利技术可通过改变模型试样的尺寸、材料配比、洞室形态、加载应力边界、开挖速度，以适应地下工程的不同场景，提高实验结果的应用性。
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1.一种可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述原岩试样的力学特性，包括：弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、单轴抗拉强度、单轴抗压强度和峰后脆性。
3.根据权利要求1所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述基于原岩试样的力学特性，配置能再现原岩试样力学特性的相似材料，包括：
4.根据权利要求1所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述获取模型试样内部应力和应变信息，包括：
5.根据权利要求4所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述获取模型试样内部应力和应变信息，所述压力盒和光纤光栅传感器布置在模型试样应力集中区域，应力集中区域通过数值模拟分析预先确定；所述压力盒和光纤光栅传感器分层布置，每层扇形布置。
6.根据权利要求1所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述获取模型试样
7.根据权利要求6所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述在所述模型试样表面布置数字散斑，包括：平整模型试样表面、制作数字散斑白底、制作数字散斑黑点。
8.根据权利要求1所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述模型试样破裂和能量特征，包括：
9.根据权利要求1所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述获取模型试样开挖区域的破裂信息，包括：
10.根据权利要求1所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述监测模型试样内受开挖影响区的应力迁移全过程，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述原岩试样的力学特性，包括：弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、单轴抗拉强度、单轴抗压强度和峰后脆性。
3.根据权利要求1所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述基于原岩试样的力学特性，配置能再现原岩试样力学特性的相似材料，包括：
4.根据权利要求1所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述获取模型试样内部应力和应变信息，包括：
5.根据权利要求4所述的可视化测定地下工程应力迁变全过程的大型模型实验方法，其特征在于，所述获取模型试样内部应力和应变信息，所述压力盒和光纤光栅传感器布置在模型试样应力集中区域，应力集中区域通过数值模拟分析预先确定；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春生，刘宁，高要辉，陈珺，钟大宁，
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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