專利名稱：地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作與切槽埋設(shè)測試儀器方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作與切槽埋設(shè)測試儀器方法。
背景技術(shù)：
隨著交通基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展和地下資源開發(fā)的大力發(fā)展，地下洞室結(jié)構(gòu)在水 電、交通、資源、能源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)地下洞室工程的施工安全也受到越來越多關(guān) 注和重視。隨著地下工程埋深的加大和工程規(guī)模的提高，擬建地下工程區(qū)域巖體的工程地 質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件也日益復(fù)雜，為有效評價(jià)大型地下工程施工開挖圍巖穩(wěn)定性，除采 用理論研究和數(shù)值計(jì)算方法外，還需要更多地依靠模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行地下洞室開挖圍巖穩(wěn)定性 的分析與評價(jià)，以有效揭示深埋地下洞室圍巖的力學(xué)特征與變形破壞規(guī)律。進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，必然涉及模型的制作與測試儀器的埋設(shè)。目前國內(nèi)外模 型制作通常采用材料夯實(shí)法或預(yù)制塊體砌筑法。由于夯實(shí)器的型號(hào)、擊實(shí)功以及夯擊模型 時(shí)夯實(shí)器的起落高度、夯擊的次數(shù)等直接影響模型夯實(shí)的效果，同時(shí)難以保證夯擊模型出 力均勻相等，因此嚴(yán)重影響模型體的密實(shí)性和材料力學(xué)參數(shù)的真實(shí)性，最終造成模型實(shí)驗(yàn) 結(jié)果失真；而用砌筑法制作的模型，雖然單個(gè)塊體均勻且參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，但因?yàn)榇嬖诖?量人為的砌縫，導(dǎo)致模型體出現(xiàn)若干不符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)面，影響模型整體的均勻性，最終使 模型體不符合設(shè)計(jì)要求。目前國內(nèi)相關(guān)地質(zhì)力學(xué)模型制作方法的研究現(xiàn)狀如下(1)《四川大學(xué)學(xué)報(bào)》2001年第3期介紹了一種拱壩模型制作方法。該方法采用 砌筑結(jié)構(gòu)，存在人為的軟弱結(jié)構(gòu)面，無法保證模型整體結(jié)構(gòu)的均勻性。(2)《巖土力學(xué)》2004年第11期介紹了一種砌筑模型制作方法，該方法采用砌筑 結(jié)構(gòu)，存在人為的軟弱結(jié)構(gòu)面，無法保證模型整體結(jié)構(gòu)的均勻性。(3)《施工技術(shù)》2005年第11期介紹了一種石膏相似材料的模型試驗(yàn)方法，該方 法采用砌筑結(jié)構(gòu)，存在人為的軟弱結(jié)構(gòu)面，無法保證模型整體結(jié)構(gòu)的均勻性。(4)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2006年第9期介紹了一種分叉隧道模型制作方法，該 方法采用人工夯實(shí)成型，無法保證模型整體結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。(5)申請?zhí)枮?00810056625. 4的中國專利介紹了一種擊實(shí)功復(fù)合作用函數(shù)逆向 控制原理的模型制作方法，該方法采用擊實(shí)器夯實(shí)，無法保證模型體的密實(shí)性。(6)《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2010年第1期介紹了一種相似材料塊體砌筑模型的 方法，該方法存在人為的軟弱結(jié)構(gòu)面，無法保證模型整體結(jié)構(gòu)的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種攤鋪、壓實(shí)、風(fēng)干、切槽的 地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作工藝與切槽埋設(shè)測試儀器的方法，該工藝和方法具有成型 快速、結(jié)構(gòu)均勻密實(shí)、力學(xué)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求、施工操作簡便的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作與切槽埋設(shè)測試儀器方法，包括以下步驟1)確定壓實(shí)模型體所需要的壓力大??；2)攤鋪材料，按照配比均勻拌合材料，稱重后分層均勻攤鋪在模型試驗(yàn)裝置內(nèi)，這 里的材料配比及拌合是已有技術(shù)。3)壓實(shí)，將步驟2)中均勻攤鋪的模型材料按照步驟1)確定的壓力大小進(jìn)行分層 壓實(shí)；4)風(fēng)干，分層風(fēng)干已壓實(shí)的模型材料；5)切槽埋設(shè)測試儀器，根據(jù)測試儀器埋設(shè)標(biāo)高在壓實(shí)風(fēng)干成型的模型體中分層埋 設(shè)測試儀器；6)重復(fù)步驟2)至5)，直至完成整個(gè)模型體的制作。所述步驟1)中壓實(shí)模型體壓力大小為S · σ p，式中，S為模型體橫截面積，σ ρ為 制作標(biāo)準(zhǔn)試件的壓力(該制作標(biāo)準(zhǔn)試件的壓力為公知技術(shù))。所述步驟2)中稱重的材料重量為S*h· Y，式中，S為模型體橫截面積，h為模型 體的分層高度，Y為模型體容重。所述步驟4)中分層風(fēng)干已壓實(shí)的模型材料時(shí)，因模型體材料采用松香酒精溶液 做膠結(jié)劑，為保證壓實(shí)后模型體內(nèi)的酒精迅速揮發(fā)保持模型體干燥，需采用吹風(fēng)器對模型 體進(jìn)行風(fēng)干。所述步驟5)中在模型體中分層埋設(shè)測試儀器步驟為A)壓制相似材料塊體，并在其上粘貼測試儀器制作測量塊，測量塊所用材料配比 與模型體材料配比完全相同；B)在壓實(shí)風(fēng)干成型的模型材料層上根據(jù)測試儀器埋設(shè)標(biāo)高在相應(yīng)位置開挖測試 儀器埋設(shè)孔；C)拓平埋設(shè)孔，以避免由于埋設(shè)孔底面不平導(dǎo)致測試儀器傾斜而造成測量誤差；D)將粘貼有測試儀器的測量塊放于埋設(shè)孔內(nèi)，埋設(shè)孔壁與測量塊之間的空隙采用 與模型體配比相同的相似材料填充，并夯實(shí)；E)將測量塊上的測量線沿模型體引出，并與測量設(shè)備相連。本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)勢(1)分層攤鋪壓實(shí)，制作過程高效、快捷、簡便；(2)均勻壓實(shí)保證了模型體的密實(shí)性，最大限度降低了外力對模型體造成的干擾， 使模型力學(xué)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求；(3)將模型分層風(fēng)干，讓模型體干燥，有效保證了模型體的力學(xué)參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值；(4)將測試儀器粘貼在相似材料測量塊上，最大限度減少了對模型的干擾，保證了 模型主體的均質(zhì)性；(5)通過切槽、放塊、填料、壓實(shí)等工序埋設(shè)測量儀器，保證了測試儀器布設(shè)位置準(zhǔn) 確不發(fā)生偏差，并保證了測試儀器不受損害；(6)該發(fā)明方法可廣泛應(yīng)用于交通、水電、能源、礦山、國防等領(lǐng)域的巖土工程地質(zhì) 模型試驗(yàn)制作與測試儀器的埋設(shè)，可大大提高模型的制作工藝與測試技術(shù)水平。


圖1為模型制作工藝流程圖；圖2為分層壓實(shí)圖；圖3為粘貼有測試儀器的測量塊圖；圖4為測試儀器切槽圖；圖5為測試儀器埋設(shè)流程圖。圖中，1.模型體，2.測量塊，3.測試儀器，4.埋設(shè)孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。一種地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作與切槽埋設(shè)測試儀器方法，包括以下步驟1)確定壓實(shí)模型體1所需要的壓力大小。為保證模型體1的力學(xué)參數(shù)，如彈性模 量E、抗壓強(qiáng)度σ。、抗拉強(qiáng)度Qt、泊松比μ等達(dá)到設(shè)計(jì)值，即與模型材料實(shí)驗(yàn)室力學(xué)參數(shù) 測試值相等，需保證模型體1壓制時(shí)的壓力與壓制試件時(shí)的壓力相等，故模型體1壓制力為 S· σρ，式中，S為模型體橫截面積，0￡)為制作標(biāo)準(zhǔn)試件的壓力(該制作標(biāo)準(zhǔn)試件的壓力為 公知技術(shù))。2)攤鋪材料，按照配比均勻拌合材料，稱重后分層均勻攤鋪在模型試驗(yàn)裝置內(nèi)，其 中材料配比及拌合是已有技術(shù)。稱重的材料重量為S · h · γ，式中，S為模型體橫截面積， h為模型體的分層高度，Y為模型體容重。3)壓實(shí)，將步驟2)中均勻攤鋪的模型材料按照步驟1)確定的壓力大小進(jìn)行分層壓實(shí)。4)風(fēng)干，分層風(fēng)干已壓實(shí)的模型材料。分層風(fēng)干已壓實(shí)的模型材料時(shí)，因模型體 材料采用松香酒精溶液做膠結(jié)劑，為保證壓實(shí)后模型體1內(nèi)的酒精迅速揮發(fā)保持模型體干 燥，需采用吹風(fēng)器對模型體進(jìn)行風(fēng)干。5)切槽埋設(shè)測試儀器3，根據(jù)測試儀器3埋設(shè)標(biāo)高在壓實(shí)風(fēng)干成型的模型體1中 分層埋設(shè)測試儀器3。在模型體中分層埋設(shè)測試儀器3步驟為A)制作3 X 3 X 3cm的相似材料塊體，并在其上粘貼測試儀器制作測量塊2，測量塊 2所用材料配比與模型體1材料配比完全相同；B)在壓實(shí)風(fēng)干成型的模型材料層上根據(jù)測試儀器3埋設(shè)標(biāo)高在相應(yīng)位置開挖 4X4X4cm的正方體埋設(shè)孔4及引線槽；C)拓平埋設(shè)孔4，以避免由于埋設(shè)孔4底面不平導(dǎo)致測量塊2傾斜而造成測量誤差。D)將粘貼有測試儀器3的測量塊2放于埋設(shè)孔4內(nèi)，埋設(shè)孔壁與測量塊2之間的 空隙采用與模型體配比相同的相似材料填充，并夯實(shí)。E)將測量塊2上的測量線沿模型體1引出，并與測量設(shè)備相連；6)重復(fù)步驟2)至5)，直至完成整個(gè)模型體的制作。本發(fā)明中所用到的裝置均為現(xiàn)有的設(shè)備，在此不再贅述。
權(quán)利要求
一種地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作與切槽埋設(shè)測試儀器方法，其特征在于，包括以下步驟1)確定壓實(shí)模型體所需要的壓力大小；2)攤鋪材料，按照配比均勻拌合材料，稱重后分層均勻攤鋪在模型試驗(yàn)裝置內(nèi)；3)壓實(shí)，將步驟2)中均勻攤鋪的模型材料按照步驟1)確定的壓力大小進(jìn)行分層壓實(shí)；4)風(fēng)干，分層風(fēng)干壓實(shí)的模型材料；5)切槽埋設(shè)測試儀器，根據(jù)測試儀器埋設(shè)標(biāo)高在壓實(shí)風(fēng)干成型的模型體中分層埋設(shè)測試儀器；6)重復(fù)步驟2)至5)，直至完成整個(gè)模型體的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作與切槽埋設(shè)測試儀器方法， 其特征在于所述步驟1)中壓實(shí)模型體壓力大小為S · σ p，式中，S為模型體橫截面積，σ ρ 為制作標(biāo)準(zhǔn)試件的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作與切槽埋設(shè)測試儀器方法， 其特征在于所述步驟2)中稱重的材料重量為S · h · γ，式中，S為模型體橫截面積，h為 模型體的分層高度，Y為模型體容重。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作與切槽埋設(shè)測試儀器方法， 其特征在于所述步驟4)中分層風(fēng)干壓實(shí)的模型材料，因模型體材料采用松香酒精溶液做 膠結(jié)劑，為保證壓實(shí)后模型體內(nèi)的酒精迅速揮發(fā)保持模型體干燥，需采用吹風(fēng)器對模型體 進(jìn)行風(fēng)干。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作與切槽埋設(shè)測試儀器方法， 其特征在于所述步驟5)中在模型體中分層埋設(shè)測試儀器步驟為A)壓制相似材料塊體，并在其上粘貼測試儀器制作測量塊，測量塊所用材料配比與模 型體材料配比完全相同；B)在壓實(shí)風(fēng)干成型的模型材料層上根據(jù)測試儀器埋設(shè)標(biāo)高在相應(yīng)位置開挖測試儀器 埋設(shè)孔；C)拓平埋設(shè)孔，以避免由于埋設(shè)孔底面不平導(dǎo)致測試儀器傾斜而造成測量誤差；D)將粘貼有測試儀器的測量塊放于埋設(shè)孔內(nèi)，埋設(shè)孔壁與測量塊之間的空隙采用與模 型體配比相同的相似材料填充，并夯實(shí)；E)將測量塊上的測量線沿模型體引出，并與測量設(shè)備相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種地質(zhì)力學(xué)模型分層壓實(shí)風(fēng)干制作與切槽埋設(shè)測試儀器方法，包括以下步驟1)確定壓實(shí)模型體所需要的壓力大??；2)攤鋪材料，按照配比均勻拌合材料，稱重后分層均勻攤鋪在模型試驗(yàn)裝置內(nèi)；3)壓實(shí)，將步驟2)中均勻攤鋪的模型材料按照步驟1)確定的壓力大小進(jìn)行分層壓實(shí)；4)風(fēng)干，分層風(fēng)干壓實(shí)的模型材料；5)切槽埋設(shè)測試儀器，根據(jù)測試儀器埋設(shè)標(biāo)高在壓實(shí)風(fēng)干成型的模型體中分層埋設(shè)測試儀器；6)重復(fù)步驟2)至5)，直至完成整個(gè)模型體的制作。本發(fā)明具有如下特點(diǎn)保證了模型體的密實(shí)性和均質(zhì)性；整個(gè)模型制作過程高效、快捷、簡便；保證了測試儀器布設(shè)位置準(zhǔn)確不發(fā)生偏差；提高了模型制作工藝與測試技術(shù)水平。
文檔編號(hào)G09B23/40GK101950504SQ20101050322
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者劉健, 張寧, 張強(qiáng)勇, 李術(shù)才, 段抗, 賈超, 陳旭光 申請人:山東大學(xué)