大型地下工程三維可加載物理模擬實驗方法研究.pdf

1、物理相似模擬已成為解決地下工程巖層控制問題的有效研究手段之一。以往的研究多以平面應(yīng)力、應(yīng)變模型和小型立體模型為主，但這無法解決模型邊界效應(yīng)、加載及測試等問題，導(dǎo)致實驗結(jié)果與工程實際存在較大差異。處于三維應(yīng)力狀態(tài)下的研究對象，采用三維可加載物理模擬實驗較為理想，但建立此類模型存在一定困難。在三維可加載物理模擬實驗中，實驗裝置的大型化及其加載系統(tǒng)的選擇是關(guān)系到能否理想地實現(xiàn)物理模擬的基礎(chǔ)，模型內(nèi)部物理量的測量是能否達到實驗?zāi)康牡年P(guān)鍵。因此，

2、研究三維可加載物理模擬實驗方法，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。 本文以寧煤集團清水營煤礦一號回風(fēng)斜井為研究對象，完成了三維“動-靜”耦合多級可加載物理模擬實驗，模型尺寸為4.42m×1.95m×2.90m。利用液壓加載系統(tǒng)施加不同的動載荷來模擬井筒不同埋深的應(yīng)力場和受井筒開挖擾動形成的二次應(yīng)力場。采用光學(xué)全站儀、鉆孔窺視儀、聲發(fā)射監(jiān)測儀、壓力傳感器、埋入式壓力傳感器（液壓枕）等多種測試手段對井筒表面位移、深層位圍巖變形破壞及

3、應(yīng)力分布特征進行全方位觀測，實現(xiàn)了實驗過程的“聲-光-電”物理、力學(xué)與損傷等綜合信息指標(biāo)參數(shù)的實時測試，并進行了不同測試手段之間的相互驗證和現(xiàn)場實測結(jié)果對比分析。 研究表明，三維可加載物理模擬實驗較真實地再現(xiàn)了清水營煤礦一號回風(fēng)斜井不同埋深條件下的應(yīng)力場及井筒開挖擾動形成的二次應(yīng)力場。井筒主要出現(xiàn)崩塌、剪裂、層錯和孔壁膨脹4種破壞形式；圍巖松動范圍為500mm（實際5.0m）；無支護的條件下，開挖影響較大的區(qū)域為0～30mm（實