高地温深埋引水隧洞围岩-隧洞支护结构仿真试验系统

摘要

本发明公开了一种高地温深埋引水隧洞围岩-隧洞支护结构仿真试验系统，包括高地温环境模拟子系统、围岩-隧洞支护子系统、测量子系统、数据采集子系统、隔热保温子系统和定时喷水子系统。本发明采用全自动电脑数据采集安全性好、操作简单、故障率低；本实验系统在岩石板下方安装有加热板，加热板连接温控器，可根据实验需要设置不同温度；能够模拟高地温环境下岩石-混凝土界面处的变形情况，能够清晰地仿真在热环境下给予不同温度下水流对支护结构变形的影响；本实验系统喷头连接计时器，计时器连接继电器，喷水的时间、次数均可根据需求设定；本实验系统支持在低温、高温及其高温后的条件下对支护结构的力学性能试验。

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真试验系统，尤其涉及一种高地温深埋引水隧洞围岩-隧 洞支护结构仿真试验系统。

背景技术

近几十年来，为满足世界经济和社会快速发展的需要，随着科学的发展和 技术的进步，地质勘测手段、岩石力学的理论、施工机械设备等的不断发展， 世界上各种用途的隧洞工程建设得到了突飞猛进的发展，地下工程的埋深愈来 愈大，工程环境也更加复杂。在高地温环境中，温度荷载是围岩-支护结构的主 要荷载之一.但从现有的仿真试验装置和方法来看，在进行室内试验的内容方面， 模拟高地温热环境下的围岩-支护复合结构的粘结强度是一个难点，在这方面还 属于一片空白。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高地温深埋引水隧洞围 岩-隧洞支护结构仿真试验系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

高地温深埋引水隧洞围岩-隧洞支护结构仿真试验系统，包括：

高地温环境模拟子系统，包括温度调节器、温度传感器和加热板层；

围岩-隧洞支护子系统，包括岩板层和喷护材料；

测量子系统，包括温度传感器、应变计、湿度计和温度计；

数据采集子系统，包括包括数据采集器，数据采集器的服务终端与计算机 相连，所述数据采集器与所述测量子系统的温度传感器和应变计相连；

隔热保温子系统，包括保温材料；

定时喷水子系统，包括喷嘴、继电器、软管和计时器。

具体地，所述岩板层下方设置有加热板层，所述加热板层下方设置有支撑 层。

具体地，所述应变计和所述温度传感器埋在所述岩板层内。

具体地，所述喷嘴连接所述计时器，所述计时器连接继电器。

具体地，所述保温材料为泡沫板。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了高地温深埋引水隧洞围岩-隧洞支护结构仿真试验系统，具有 以下优点：

1、采用全自动电脑数据采集安全性好、操作简单、故障率低。

2、本实验系统在岩石板下方安装有加热板，加热板连接温控器，可根据实 验需要设置不同温度。

3、能够模拟高地温环境下岩石-混凝土界面处的变形情况，能够清晰地仿真 在热环境下给予不同温度下水流对支护结构变形的影响。

4、本实验系统喷头连接计时器，计时器连接继电器，喷水的时间、次数均 可根据需求设定。

5、本实验系统支持在低温、高温及其高温后的条件下对支护结构的力学性 能试验。

附图说明

图1为本发明高地温深埋引水隧洞围岩-隧洞支护结构仿真试验系统的在隧 洞不过水时的结构示意图；

图2为本发明高地温深埋引水隧洞围岩-隧洞支护结构仿真试验系统的在隧 洞过水时的结构示意图。

图中：1-喷头，2-温度计，3-湿度计，4-保温材料，5-标尺，6-应变计， 7-温度探孔，8-草垫层，9-混凝土层，10-岩板层，11-加热板层，12-支撑层， 13-水层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明高地温深埋引水隧洞围岩-隧洞支护结构仿真试 验系统，包括高地温环境模拟子系统、围岩-隧洞支护子系统、测量子系统、数 据采集子系统、隔热保温子系统和定时喷水子系统。

高地温环境模拟子系统，包括温度调节器、温度传感器和加热板层11；

围岩-隧洞支护子系统，包括岩板层10和喷护材料；

测量子系统，包括温度传感器、应变计6、湿度计3和温度计2；

数据采集子系统，包括包括数据采集器，数据采集器的服务终端与计算机 相连，数据采集器与测量子系统的温度传感器和应变计6相连；

隔热保温子系统，包括保温材料4；

定时喷水子系统，包括喷嘴、继电器、软管和计时器，计时器精确到秒。

岩板层10下方设置有加热板层11，加热板层11下方设置有支撑层12。

应变计6和温度传感器埋在岩板层10内。

喷嘴连接计时器，计时器连接继电器。

保温材料4为泡沫板。

本发明高地温环境下围岩-隧洞支护结构的粘接强度仿真试验系统的工作原 理如下：

本高地温环境下围岩-隧洞支护结构的粘接强度仿真试验系统内部结构由支 撑层12、加热板层11、岩板层10、混凝土层9以及草垫层8组成，温度探孔7 设置在混凝土层9中部，选用的材料为保温材料4，加热板采用的是铝加热板(加 热板内部装有热电偶)外连温控器，运行过程中可跟据所需岩石板材的温度来 调节温控器，通过加热加热板来给岩石加热。此模型系统可在加热情况下进行 喷混作业，有效的模拟了隧洞高温岩壁的喷混。内部配有的温度探头和应变计6 用以测量不同厚度下由于温度应力引起的变形和温度梯度变化，所得的数据将 通过数据采集仪采集，喷混厚度可根据内部标尺5来观测。系统内部的温湿度 变化通过温度计2和湿度计3来测量。混凝土养护将采用自动喷水系统来实现， 喷水系统由继电器、计时器、喷头1、软管组成，根据需要可定时喷水，喷水的 次数以及喷水时间均可自己设定。本发明所述的高地温深埋引水隧洞围岩-隧洞 支护结构仿真试验系统，在隧洞过水时，混凝土层9上部为水层13。

上面的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的 范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对 本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的 保护范围内。