一种对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法

摘要

本发明涉及基于相似理论对深部岩体应力状态及响应进行模拟测试的方法，包括如下步骤：1）深部岩体应力及爆炸扰动的初始计算；2）确定相似比尺C；3）由相似比尺C计算相对于试件的各模拟量；4）对所述试件施加模拟静态地应力；5）对所述试件进行开挖卸荷的扰动测试；6）对所述试件进行爆炸冲击扰动的测试。有益效果为：实现了实验室内模拟研究深部岩体特征科学现象，以相似理论为理论基础，科学依据强，“一高两扰动”分步骤模拟，符合实际，整个模拟研究过程思路清晰，操作方便。

主权项

对深部岩体应力状态及响应的模拟测试方法，其特征在于，包括如下步骤：1)深部岩体应力及爆炸扰动的初始计算根据深部岩体工程设定的埋深h、开挖直径d、开挖速度V和引起爆炸扰动的当量为Q的地下爆炸，进行深部岩体静态地应力P和等效于爆炸载荷的三角形脉冲载荷的峰值应力P_f的计算，其中：静态地应力P＝ghρ，g为重力加速度，ρ为岩石密度；峰值应力p_f＝ρcυ_m，c为介质纵波声速，υ_m为爆炸质点峰值速度，A、n为拟合系数，为比例距离，且r为爆心距，当爆炸扰动发生在非弹性变形区时，且所述三角形脉冲载荷上升沿时间为t_r、三角形脉冲载荷的脉冲周期为t₊时，存在如下关系：t_r/Q^1/3＝(5～15)ms/kt^1/3、t₊/Q^1/3＝(20～40)ms/kt^1/3，式中：ms为毫秒，kt为爆炸当量；2)确定相似比尺C；3)由相似比尺C计算相对于试件的各模拟量所述模拟量包括：在所述试件上开挖模拟隧道的直径d_s、开挖速度V_s、试件的模拟静态地应力P_si、试件的模拟三角形脉冲载荷峰值应力P_sf和对应于峰值应力P_sf的模拟上升沿时间t_sr、模拟三角形脉冲载荷的脉冲周期t_s+，且：4)对所述试件施加模拟初始压应力对所述试件的周侧通过柔性胶囊内液压调整，施以静载压力P_j，P_j＝nP_si，(n＝3～5),加载时间持续1～2周；5)对所述试件进行开挖卸荷的扰动测试对施以静载P_j的试件进行模拟隧道直径为d_s、开挖速度为V_s的模拟隧道的模拟开挖，在模拟隧道开挖完成后，检测隧道壁面的应力、应变和位移变化；6)对所述试件进行爆炸冲击的扰动测试通过对所述试件施加模拟上升沿时间为t_sr、模拟脉冲周期为t_s+的三角形脉冲载荷，以模拟爆炸冲击载荷，以检测三角形脉冲载荷施加后隧道壁面的应力、 应变和位移变化；所述爆炸冲击的扰动测试是通过爆炸载荷模拟发生装置对试件施以三角形脉冲载荷来实现的；该发生装置将产生的三角形液压脉冲载荷传导至柔性胶囊上，经柔性胶囊加载的到岩体试件上，用以模拟爆炸扰动，使岩体试件内产生爆炸地扰动的应力状态。