专利名称：地质力学模型分层压实风干制作与切槽埋设测试仪器方法
技术领域：
本发明涉及一种地质力学模型分层压实风干制作与切槽埋设测试仪器方法。
背景技术：
随着交通基础建设的快速发展和地下资源开发的大力发展，地下洞室结构在水 电、交通、资源、能源领域得到广泛应用，同时地下洞室工程的施工安全也受到越来越多关 注和重视。随着地下工程埋深的加大和工程规模的提高，拟建地下工程区域岩体的工程地 质条件和水文地质条件也日益复杂，为有效评价大型地下工程施工开挖围岩稳定性，除采 用理论研究和数值计算方法外，还需要更多地依靠模型实验进行地下洞室开挖围岩稳定性 的分析与评价，以有效揭示深埋地下洞室围岩的力学特征与变形破坏规律。进行地质力学模型试验，必然涉及模型的制作与测试仪器的埋设。目前国内外模 型制作通常采用材料夯实法或预制块体砌筑法。由于夯实器的型号、击实功以及夯击模型 时夯实器的起落高度、夯击的次数等直接影响模型夯实的效果，同时难以保证夯击模型出 力均勻相等，因此严重影响模型体的密实性和材料力学参数的真实性，最终造成模型实验 结果失真；而用砌筑法制作的模型，虽然单个块体均勻且参数符合设计要求，但因为存在大 量人为的砌缝，导致模型体出现若干不符合实际的结构面，影响模型整体的均勻性，最终使 模型体不符合设计要求。目前国内相关地质力学模型制作方法的研究现状如下(1)《四川大学学报》2001年第3期介绍了一种拱坝模型制作方法。该方法采用 砌筑结构，存在人为的软弱结构面，无法保证模型整体结构的均勻性。(2)《岩土力学》2004年第11期介绍了一种砌筑模型制作方法，该方法采用砌筑 结构，存在人为的软弱结构面，无法保证模型整体结构的均勻性。(3)《施工技术》2005年第11期介绍了一种石膏相似材料的模型试验方法，该方 法采用砌筑结构，存在人为的软弱结构面，无法保证模型整体结构的均勻性。(4)《岩石力学与工程学报》2006年第9期介绍了一种分叉隧道模型制作方法，该 方法采用人工夯实成型，无法保证模型整体结构的密实性。(5)申请号为200810056625. 4的中国专利介绍了一种击实功复合作用函数逆向 控制原理的模型制作方法，该方法采用击实器夯实，无法保证模型体的密实性。(6)《岩石力学与工程学报》2010年第1期介绍了一种相似材料块体砌筑模型的 方法，该方法存在人为的软弱结构面，无法保证模型整体结构的均勻性。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种摊铺、压实、风干、切槽的 地质力学模型分层压实风干制作工艺与切槽埋设测试仪器的方法，该工艺和方法具有成型 快速、结构均勻密实、力学参数符合设计要求、施工操作简便的优点。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案
一种地质力学模型分层压实风干制作与切槽埋设测试仪器方法，包括以下步骤1)确定压实模型体所需要的压力大小；2)摊铺材料，按照配比均勻拌合材料，称重后分层均勻摊铺在模型试验装置内，这 里的材料配比及拌合是已有技术。3)压实，将步骤2)中均勻摊铺的模型材料按照步骤1)确定的压力大小进行分层 压实；4)风干，分层风干已压实的模型材料；5)切槽埋设测试仪器，根据测试仪器埋设标高在压实风干成型的模型体中分层埋 设测试仪器；6)重复步骤2)至5)，直至完成整个模型体的制作。所述步骤1)中压实模型体压力大小为S · σ p，式中，S为模型体横截面积，σ ρ为 制作标准试件的压力(该制作标准试件的压力为公知技术)。所述步骤2)中称重的材料重量为S*h· Y，式中，S为模型体横截面积，h为模型 体的分层高度，Y为模型体容重。所述步骤4)中分层风干已压实的模型材料时，因模型体材料采用松香酒精溶液 做胶结剂，为保证压实后模型体内的酒精迅速挥发保持模型体干燥，需采用吹风器对模型 体进行风干。所述步骤5)中在模型体中分层埋设测试仪器步骤为A)压制相似材料块体，并在其上粘贴测试仪器制作测量块，测量块所用材料配比 与模型体材料配比完全相同；B)在压实风干成型的模型材料层上根据测试仪器埋设标高在相应位置开挖测试 仪器埋设孔；C)拓平埋设孔，以避免由于埋设孔底面不平导致测试仪器倾斜而造成测量误差；D)将粘贴有测试仪器的测量块放于埋设孔内，埋设孔壁与测量块之间的空隙采用 与模型体配比相同的相似材料填充，并夯实；E)将测量块上的测量线沿模型体引出，并与测量设备相连。本发明具有如下技术优势(1)分层摊铺压实，制作过程高效、快捷、简便；(2)均勻压实保证了模型体的密实性，最大限度降低了外力对模型体造成的干扰， 使模型力学参数满足设计要求；(3)将模型分层风干，让模型体干燥，有效保证了模型体的力学参数达到设计值；(4)将测试仪器粘贴在相似材料测量块上，最大限度减少了对模型的干扰，保证了 模型主体的均质性；(5)通过切槽、放块、填料、压实等工序埋设测量仪器，保证了测试仪器布设位置准 确不发生偏差，并保证了测试仪器不受损害；(6)该发明方法可广泛应用于交通、水电、能源、矿山、国防等领域的岩土工程地质 模型试验制作与测试仪器的埋设，可大大提高模型的制作工艺与测试技术水平。
图1为模型制作工艺流程图；图2为分层压实图；图3为粘贴有测试仪器的测量块图；图4为测试仪器切槽图；图5为测试仪器埋设流程图。图中，1.模型体，2.测量块，3.测试仪器，4.埋设孔。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。一种地质力学模型分层压实风干制作与切槽埋设测试仪器方法，包括以下步骤1)确定压实模型体1所需要的压力大小。为保证模型体1的力学参数，如弹性模 量E、抗压强度σ。、抗拉强度Qt、泊松比μ等达到设计值，即与模型材料实验室力学参数 测试值相等，需保证模型体1压制时的压力与压制试件时的压力相等，故模型体1压制力为 S· σρ，式中，S为模型体横截面积，0￡)为制作标准试件的压力(该制作标准试件的压力为 公知技术)。2)摊铺材料，按照配比均勻拌合材料，称重后分层均勻摊铺在模型试验装置内，其 中材料配比及拌合是已有技术。称重的材料重量为S · h · γ，式中，S为模型体横截面积， h为模型体的分层高度，Y为模型体容重。3)压实，将步骤2)中均勻摊铺的模型材料按照步骤1)确定的压力大小进行分层压实。4)风干，分层风干已压实的模型材料。分层风干已压实的模型材料时，因模型体 材料采用松香酒精溶液做胶结剂，为保证压实后模型体1内的酒精迅速挥发保持模型体干 燥，需采用吹风器对模型体进行风干。5)切槽埋设测试仪器3，根据测试仪器3埋设标高在压实风干成型的模型体1中 分层埋设测试仪器3。在模型体中分层埋设测试仪器3步骤为A)制作3 X 3 X 3cm的相似材料块体，并在其上粘贴测试仪器制作测量块2，测量块 2所用材料配比与模型体1材料配比完全相同；B)在压实风干成型的模型材料层上根据测试仪器3埋设标高在相应位置开挖 4X4X4cm的正方体埋设孔4及引线槽；C)拓平埋设孔4，以避免由于埋设孔4底面不平导致测量块2倾斜而造成测量误差。D)将粘贴有测试仪器3的测量块2放于埋设孔4内，埋设孔壁与测量块2之间的 空隙采用与模型体配比相同的相似材料填充，并夯实。E)将测量块2上的测量线沿模型体1引出，并与测量设备相连；6)重复步骤2)至5)，直至完成整个模型体的制作。本发明中所用到的装置均为现有的设备，在此不再赘述。
权利要求
一种地质力学模型分层压实风干制作与切槽埋设测试仪器方法，其特征在于，包括以下步骤1)确定压实模型体所需要的压力大小；2)摊铺材料，按照配比均匀拌合材料，称重后分层均匀摊铺在模型试验装置内；3)压实，将步骤2)中均匀摊铺的模型材料按照步骤1)确定的压力大小进行分层压实；4)风干，分层风干压实的模型材料；5)切槽埋设测试仪器，根据测试仪器埋设标高在压实风干成型的模型体中分层埋设测试仪器；6)重复步骤2)至5)，直至完成整个模型体的制作。
2.根据权利要求1所述的地质力学模型分层压实风干制作与切槽埋设测试仪器方法， 其特征在于所述步骤1)中压实模型体压力大小为S · σ p，式中，S为模型体横截面积，σ ρ 为制作标准试件的压力。
3.根据权利要求1所述的地质力学模型分层压实风干制作与切槽埋设测试仪器方法， 其特征在于所述步骤2)中称重的材料重量为S · h · γ，式中，S为模型体横截面积，h为 模型体的分层高度，Y为模型体容重。
4.根据权利要求1所述的地质力学模型分层压实风干制作与切槽埋设测试仪器方法， 其特征在于所述步骤4)中分层风干压实的模型材料，因模型体材料采用松香酒精溶液做 胶结剂，为保证压实后模型体内的酒精迅速挥发保持模型体干燥，需采用吹风器对模型体 进行风干。
5.根据权利要求1所述的地质力学模型分层压实风干制作与切槽埋设测试仪器方法， 其特征在于所述步骤5)中在模型体中分层埋设测试仪器步骤为A)压制相似材料块体，并在其上粘贴测试仪器制作测量块，测量块所用材料配比与模 型体材料配比完全相同；B)在压实风干成型的模型材料层上根据测试仪器埋设标高在相应位置开挖测试仪器 埋设孔；C)拓平埋设孔，以避免由于埋设孔底面不平导致测试仪器倾斜而造成测量误差；D)将粘贴有测试仪器的测量块放于埋设孔内，埋设孔壁与测量块之间的空隙采用与模 型体配比相同的相似材料填充，并夯实；E)将测量块上的测量线沿模型体引出，并与测量设备相连。
全文摘要
本发明涉及一种地质力学模型分层压实风干制作与切槽埋设测试仪器方法，包括以下步骤1)确定压实模型体所需要的压力大小；2)摊铺材料，按照配比均匀拌合材料，称重后分层均匀摊铺在模型试验装置内；3)压实，将步骤2)中均匀摊铺的模型材料按照步骤1)确定的压力大小进行分层压实；4)风干，分层风干压实的模型材料；5)切槽埋设测试仪器，根据测试仪器埋设标高在压实风干成型的模型体中分层埋设测试仪器；6)重复步骤2)至5)，直至完成整个模型体的制作。本发明具有如下特点保证了模型体的密实性和均质性；整个模型制作过程高效、快捷、简便；保证了测试仪器布设位置准确不发生偏差；提高了模型制作工艺与测试技术水平。
文档编号G09B23/40GK101950504SQ20101050322
公开日2011年1月19日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者刘健, 张宁, 张强勇, 李术才, 段抗, 贾超, 陈旭光 申请人:山东大学