1.多形状多比尺围岩压力模拟试验方法,其特征在于:试验系统包括可调节油缸位置的底板,所述的底板由混凝土基础和钢板组成;混凝土基础浇筑在地基上,并用锚桩加固;
钢板位于混凝土基础上,与混凝土基础共同为油缸提供反力,钢板上有螺栓孔,用于固定和调节油缸位置;所述的油缸为止回油缸,油缸通过油缸底座固定在底板上,所述的油缸底座通过法兰连接与底板固定,止回油缸可根据试验需求调节位置,止回油缸通过端铰与链条连接,加载模式以链条的拉力模拟围岩压力;为保护止回油缸,使其只受竖向拉力,通过齿轮组改变链条传力方向;所述的齿轮组由两个转向在同一直线上的齿轮组成,靠近油缸的齿轮固定在加载仓内,使链条方向与止回油缸竖向中心线保持一致,靠近试验对象的齿轮固定在上底板上,每组齿轮位置应使链条方向与试验对象中心线保持水平,当加载试验对象为圆形时,由于部分止回油缸附近无反力墙固定齿轮,故采用联合支架固定齿轮;所述的联合支架为钢支架,由支架底座和油缸组成,支架底座固定在底板上,为齿轮提供支撑反力,联合支架上齿轮高度与上底板靠近试验对象的齿轮高度相同,此时,使用联合支架固定齿轮的止回油缸只需一个齿轮即可实现试验需求,将力传感器布置在试验对象与靠近试验对象的齿轮中间,力传感器所受的拉力即试验对象所受的力,所述的力传感器通过链条和链条连接器与加载拉环连接,所述的加载拉环为钢制拉环,加载拉环套置在试验对象上;为分散加载拉环对试验对象接触区的作用力,降低加载过程中对试验对象产生的应力集中程度,更真实地模拟现场围岩作用,在加载拉环和试验对象中间放置一橡胶垫板;为防止试验过程中加载拉环和橡胶垫板产生移动,在试验对象上焊接限位块以约束橡胶垫板;由于试验过程中,试验对象会产生较大变形,为满足试验精度要求,采用拉线式位移计,所述的拉线式位移计固定在试验对象外侧,位移线固定在试验对象受力处,在上底板上设有限位挡梁,所述的限位挡梁沿试验对象均匀分布,由上下布置且相互平行的上挡梁和下挡梁构成,上挡梁和下挡梁通过挡梁柱连接在一起,限位挡梁将试验对象固定在上、下挡梁中间;所述的挡梁柱为带螺纹钢筋,通过螺母调节和固定上、下挡梁,挡梁柱固定在预留孔内;所述的预留孔是布置在上底板的若干深孔,这些预留孔在浇灌混凝土时通过预埋钢管形成,根据试验需求,通过调节挡梁柱位置改变限位挡梁位置,实现多比尺结构试验;在上底板设有为试验对象提供反力的拱脚约束轨道,所述的拱脚约束轨道为“L”形钢块,拱脚约束轨道位于试验对象的两端且与试验对象的拱脚接触,拱脚约束轨道通过预留孔固定和调节位置,在加载仓试验装置布置完成后,将横梁放置在加载仓开口处,然后将盖板放置在横梁上,所述的横梁由若干方木组成,方便拆卸、组装;所述的盖板为块独立钢板,为使链条穿过盖板,盖板边缘有预留的方槽,盖板上还有预留孔,以安装限位挡梁,使用时只需将挡梁柱安装到盖板的预留孔内即可;
多形状多比尺围岩压力模拟试验方法,包括以下步骤:
步骤(1):根据试验对象尺寸和齿轮位置计算下挡梁位置;
步骤(2):将所有下挡梁安装在同一水平高度处,形成操作平台;
步骤(3):将试验对象在上述操作平台上组装,并将试验对象安放在指定位置;
步骤(4):安装上挡梁,将试验对象限定在平面内,使其只能产生平面内移动和变形;
步骤(5):将止回油缸固定在底板指定位置,调整止回油缸状态使其符合试验需求,并与链条一端通过端铰连接,链条放置到齿轮上,盖好盖板;
步骤(6):链条另一端与力传感器相连,将力传感器与加载拉环通过另一段链条和链条连接器连接,并在加载拉环与试验对象外侧的中间放置橡胶垫板;
步骤(7):在试验系统上布置传感器,所述的传感器包括位移传感器和应变传感器,位移传感器采用拉线式位移计,位移计布置在试验对象外侧,应变传感器采用应变片,将应变片根据需要粘贴在试验对象上;
步骤(8):力传感器和位移传感器与数据采集系统相连接,应变片与应变仪相连接,数据采集系统和应变仪组成监测系统;
步骤(9):打开监测系统,进行预加载,通过预加载控制系统施加不大于预估破坏荷载
3%的荷载;
步骤(10):控制止回油缸的荷载及位移,给试验对象加载,试验开始,加载的具体操作方法为:可采用单调加压的方式,荷载小于0.9Qmax时,加载速率为0.02Qmax/min,每
0.1Qmax保压1min,荷载大于0.9Qmax时,加载速率0.005Qmax/min,每0.05Qmax保压1min,其中,Qmax为预估极限荷载;
步骤(11):试验过程中,根据需要模拟的围岩变形和压力的实际情况,通过加载控制系统将全部的止回油缸同步动作或非同步动作;
步骤(12):试验过程中实时观测,采集试验对象的受力、应变、变形情况,保存相应数据资料;
步骤(13):试验对象出现破裂、失稳、大变形现象且无法继续承载时,停止加载,关闭监测系统,试验结束;
步骤(14):根据监测系统采集到的荷载、位移、应变监测结果及试验对象的变形破坏情况,得到试验对象的承载力,整体刚度力学特性及变形破坏机理。