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申请/专利权人：临沂大学

摘要：本发明涉及地下工程灾害模型实验技术领域，具体为近隐伏溶洞隧道开挖围岩裂隙演化及突水灾变实验系统；包括底座、上横梁、立柱、实验舱、导轨、隧道开挖装置、实验控制系统；通过设置隧道开挖装置，替代传统的人工开挖实验系统，实现隧道的分步开挖；通过3D打印出隐伏溶洞模具，将水注入隐伏溶洞模具中，通过低温处理将隐伏溶洞模具中的水凝结成冰后埋置于物理模型中，对其四周的岩体形成有效支撑，再通过升温将隐伏溶洞内冰块的融化，最后形成与实际形状一致的、具有一定压力水的隐伏溶洞；通过隧道模具内部的摄像头，实现对隧道开挖全程的实时影像采集；通过前侧板与实验舱整体分离，实现对物理模型前侧面变形和破坏的直接观测。

主权项：1.近隐伏溶洞隧道开挖围岩裂隙演化及突水灾变实验系统，其特征在于：包括底座（1）、上横梁（2）、立柱（3）、实验舱、导轨、隧道开挖装置、实验控制系统；所述底座（1）上对称设置有立柱（3），并且立柱（3）一端插接设置在底座（1）中，另一端贯穿设置在上横梁（2）中，组成反力框架；所述实验舱由底板（4）、前侧板（5）、后侧板（6）、左侧板（7）、右侧板（8）和顶板（9）组成；实验舱底板（4）直接放置在底座（1）上，前侧板（5）和后侧板（6）对称设置在底座（1）的其中一对称侧，左侧板（7）和右侧板（8）对称设置在底座（1）的另一对称侧；前侧板（5）和后侧板（6）中间位置对称设有隧道开挖口（10），其形状可根据隧道实际形状进行设置；左侧板（7）和右侧板（8）上对称设有等距的安装槽，用于安装侧向加载油缸（11），加载油缸上安装有侧向加载压头，侧向加载压头直接为实验舱内的物理模型提供侧向载荷；顶板（9）由居中、对称、等距设置，连接有竖向加载油缸（12）的竖向加载压头组成，竖向加载压头直接为实验舱内的物理模型提供竖向载荷；竖向加载油缸（12）安装在上横梁（2）上；在对物理模型同时进行侧向和竖向加载过程中，为了避免侧向加载压头和竖向加载压头相互挤压，竖向加载压头的左右方向尺寸要小于实验舱左右方向尺寸，但为了提升实验舱整体密封性，在左侧板（7）和右侧板（8）内侧上方加装封闭挡板，通过螺栓固定在左侧板（7）和右侧板（8）上；所述导轨共有内外两组，内导轨（13）用于实验舱的整体移动，外导轨（14）用于实验舱前侧板（5）的单独移动；两组导轨皆对称固定设置在底座（1）的两侧，其中，内导轨（13）上设置有移动升降轮（15），移动升降轮（15）对称固定在实验舱底板（4）上，需要将实验舱整体移动时，启动移动升降轮（15）上方的升降液压油缸，将实验舱整体抬离底座（1）3mm-5mm，此时，实验舱完全由移动升降轮（15）进行支撑，启动水平推移液压油缸（16），依靠水平推移液压油缸（16）的伸缩即可实现实验舱的整体水平移动；外导轨（14）上设置有普通移动轮（17），普通移动轮（17）对称固定在三角门架（18）的底端，三角门架（18）通过螺栓固定在前侧板（5）左右两侧，物理模型实验完成后，在不对物理模型破坏的情况下，可通过移动普通移动轮（17）带动前侧板（5）与实验舱分离，从而实现对物理模型前侧面的直接观测；为了避免由于实验舱来回移动可能会产生的竖向加载过程中压头不对中的问题，在底座（1）上设置限位器（19）用于实验舱的定位；所述隧道开挖装置包括移动底座（20）、液压伸缩油缸（21）和隧道模具（22）；所述移动底座（20）底部对称设置有万向轮，便于隧道开挖装置位置的自由调整；所述液压伸缩油缸（21）水平固定在移动底座（20）上方，通过连接件与隧道模具（22）相连接，隧道模具（22）与隧道开挖口（10）形状一致，但较隧道开挖口（10）尺寸稍小，隧道模具（22）可在液压伸缩油缸（21）的牵引下自由进出；所述隧道模具（22）内部中空，摄像头可以从实验舱外部伸入隧道开挖空间内部，对隧道开挖全程进行实时影像采集；所述实验控制系统包括伺服系统和控制中心；伺服加载系统包括载荷位移双控伺服系统和水压水量双控伺服系统；载荷位移双控伺服系统可以实现载荷和位移的双重控制，竖向加载油缸（12）和侧向加载油缸（11）皆受载荷位移双控伺服系统控制，对实验舱内物理模型竖向和侧向提供载荷，满足不同模拟环境的需要；水压水量双控伺服系统可以实现水压和水量的双重控制，既可以为物理模型中的溶洞提供稳定的水流量补给，也可维持物理模型中的溶洞内恒定的水压力；所述控制中心可全程实现对伺服系统的自动控制，以及位移、载荷、水压力和水流量的实时监测与采集，数据采集频率可根据实际需要自行设置；另外，根据实验需要在物理模型内部增设孔隙水压力传感器、土压力传感器和位移传感器监测元件。

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百度查询： 临沂大学 近隐伏溶洞隧道开挖围岩裂隙演化及突水灾变实验系统