高压隧洞围岩水压原位测试装置及方法与流程

本发明公开了一种高压隧洞围岩水压原位测试装置及方法，属于围岩性能测试。

背景技术：

1、在高压隧洞中，水对围岩的影响主要体现在以下几个方面：（1）破坏围岩的稳定性：水渗入到隧道围岩中，会破坏围岩的稳定性，使其失去承载能力，从而引发隧道倒塌事故。（2）降低围岩的强度和完整性：水的存在可以使围岩的完整性和强度降低，对隧道的稳定性产生不利影响。

2、目前，抽水蓄能电站具有水位变幅大，变动速率快，水头高的特点。水工隧洞承载着引水、输水、排水等重要功能，作为抽水蓄能电站建设的关键控制性工程，抽水蓄能电站水位变幅大变动速率快，高渗透水压对岩体的裂隙具有剥离和扩大的作用，处于这种条件下的隧洞围岩的变形破坏模式与演化机制势必与完好情况不同。而现有技术中并未有针对高压隧洞围岩的水压测试装置及方法，导致难以获得准确的高水压对隧洞围岩的破裂作用情况，难以为高压隧洞的工程设计提供依据。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种高压隧洞围岩水压原位测试装置及方法，以解决现有技术中并未有针对高压隧洞围岩的水压测试装置及方法，导致难以获得准确的高水压对隧洞围岩的破裂作用情况的技术问题。

2、本发明的第一方面提供了一种高压隧洞围岩水压原位测试装置，包括水压施加单元、赋存状态模拟单元和参数获取单元；

3、所述水压施加单元与围岩试块上开设的模拟隧洞连通，用于向所述模拟隧洞施加变动的水压；

4、所述赋存状态模拟单元与所述围岩试块的表面相接，用于向所述围岩试块施加水平方向和垂直方向的加载力；

5、所述参数获取单元用于获取所述围岩试块在承受所述加载力和所述水压时的围岩试块的破裂参数。

6、优选地，所述赋存状态模拟单元包括第一加载模块和两个第二加载模块；

7、所述第一加载模块与所述围岩试块的上表面相接，用于向所述围岩试块施加垂直方向的加载力；

8、所述两个第二加载模块设置于所述围岩试块的相对两侧，且每个第二加载模块与所述围岩试块的侧面相接，用于向所述围岩试块施加水平方向的加载力。

9、优选地，所述第一加载模块包括第一加载件和第一滚珠排；

10、所述第一加载件与所述第一滚珠排相接；

11、所述第一滚珠排设置于所述围岩试块的上表面。

12、优选地，所述第二加载模块包括第二加载件和第二滚珠排；

13、所述第二加载件与所述第二滚珠排相接；

14、所述第二滚珠排设置于所述围岩试块的侧面。

15、优选地，所述参数获取单元包括波速测试仪和ct扫描仪；

16、所述波速测试仪设置于所述围岩试块的表面，用于获取围岩试块的赋存状态以及获取所述围岩试块在承受所述加载力和所述水压时所产生裂纹的深度；

17、所述ct扫描仪设置于所述围岩试块的表面，用于获取所述围岩试块在承受所述加载力和所述水压时表面及内部的破裂参数。

18、优选地，还包括地震波模拟器和地震波检测仪；

19、所述地震波模拟器用于模拟地震波；

20、所述地震波检测仪设置于所述围岩试块上，用于获取所述围岩试块承受的地震波。

21、优选地，还包括侧向加载单元；

22、所述侧向加载单元与所述围岩试块的侧面相接，用于向所述围岩试块施加剪切力。

23、本发明的第二方面提供了一种基于上述高压隧洞围岩水压原位测试装置的高压隧洞围岩水压原位测试方法，包括：

24、步骤1、开挖拟建高压隧洞处岩块，获得围岩试块，并在围岩试块上开设模拟隧洞；

25、步骤2、向带有模拟隧洞的围岩试块施加水平方向和垂直方向的加载力，将带有模拟隧洞的围岩试块的应力还原至原始赋存状态；

26、步骤3、向所述模拟隧洞施加变动的水压；

27、步骤4、获取所述围岩试块在承受所述加载力和所述水压时的破裂参数。

28、优选地，在所述步骤2之后还包括：

29、向带有模拟隧洞的围岩试块施加模拟地震波；

30、则步骤4具体为：获取所述围岩试块在承受所述加载力、所述水压和所述模拟地震波时的破裂参数。

31、优选地，在所述步骤4之后还包括：

32、向带有模拟隧洞的围岩试块施加水平方向的剪切力，获取带有模拟隧洞的围岩试块的抗剪强度。

33、本发明的高压隧洞围岩水压原位测试装置及方法，相较于现有技术，具有如下有益效果：

34、本发明通过赋存状态模拟单元使带有模拟隧洞的围岩试块复原至高压隧洞围岩的原始赋存状态，从而更为贴近真实状况，保证后续所确定破裂参数的准确性。进一步地，本发明通过水压施加单元向围岩试块上的模拟隧洞施加变动的水压，从而真实模拟抽水蓄能电站水位变幅、变动速率及水头导致水压变动对围岩试块的影响，从而更进一步地保证所确定破裂参数的准确性。赋存状态模拟单元和水压施加单元协同工作，使得本发明所确定的破裂参数的准确度较高。

技术特征：

1.一种高压隧洞围岩水压原位测试装置，其特征在于，包括水压施加单元、赋存状态模拟单元和参数获取单元；

2.根据权利要求1所述的高压隧洞围岩水压原位测试装置，其特征在于，所述赋存状态模拟单元包括第一加载模块和两个第二加载模块；

3.根据权利要求2所述的高压隧洞围岩水压原位测试装置，其特征在于，所述第一加载模块包括第一加载件和第一滚珠排；

4.根据权利要求2所述的高压隧洞围岩水压原位测试装置，其特征在于，所述第二加载模块包括第二加载件和第二滚珠排；

5.根据权利要求1所述的高压隧洞围岩水压原位测试装置，其特征在于，所述参数获取单元包括波速测试仪和ct扫描仪；

6.根据权利要求1所述的高压隧洞围岩水压原位测试装置，其特征在于，还包括地震波模拟器和地震波检测仪；

7.根据权利要求1所述的高压隧洞围岩水压原位测试装置，其特征在于，还包括侧向加载单元；

8.一种基于权利要求1-7任一项所述高压隧洞围岩水压原位测试装置的高压隧洞围岩水压原位测试方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的高压隧洞围岩水压原位测试方法，其特征在于，在所述步骤2之后还包括：

10.根据权利要求8或9所述的高压隧洞围岩水压原位测试方法，其特征在于，在所述步骤4之后还包括：

技术总结
本发明属于围岩性能测试技术领域，公开了一种高压隧洞围岩水压原位测试装置及方法，装置包括水压施加单元、赋存状态模拟单元和参数获取单元；水压施加单元与围岩试块上开设的模拟隧洞连通，用于向模拟隧洞施加变动的水压；赋存状态模拟单元与围岩试块的表面相接，用于向围岩试块施加水平和垂直方向的加载力；参数获取单元用于获取围岩试块在承受加载力和水压时的破裂参数。本发明通过赋存状态模拟单元使围岩试块复原至原始赋存状态，通过水压施加单元向围岩试块上的模拟隧洞施加变动的水压，真实模拟抽水蓄能电站水位变幅、变动速率及水头导致水压变动对围岩试块的影响。赋存状态模拟单元和水压施加单元协同工作，保证所确定破裂参数的准确性。

技术研发人员：张莹,狄圣杰,李树武,王利洋,王小兵,许晓霞,骆晗
受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/1