本發(fā)明涉及隧道建設(shè)設(shè)備，具體涉及一種石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在隧道開挖過程中，石膏質(zhì)巖石的溶蝕、膨脹、腐蝕性均隨水壓、圍巖滲透性而變化，掌握此種變化的規(guī)律，對隧道的耐久性設(shè)計及養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要。

2、目前針對隧道石膏質(zhì)巖石試驗主要采取粉樣研究物理指標(biāo)與膨脹力的關(guān)系，或采用巖樣進(jìn)行徑向或軸向自由膨脹率試驗，并通過間接方法求出體積不變條件下側(cè)向約束膨脹力，建立應(yīng)力－應(yīng)變模型及應(yīng)變－時間模型，或采用三軸膨脹試驗儀建立三維膨脹本構(gòu)模型。據(jù)此，進(jìn)行隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3、無論采用粉狀樣或是巖樣，均無法模擬圍巖產(chǎn)狀與隧道的相對關(guān)系，也未能模擬多場耦合狀態(tài)下卸荷石膏巖溶蝕、膨脹、腐蝕性間的相互作用及其與時間的關(guān)系，導(dǎo)致工程中較難實(shí)現(xiàn)圍巖與襯砌的強(qiáng)度協(xié)調(diào)、變形協(xié)調(diào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，采用3d打印控制石膏的不均勻分布，通過改變巖層厚度及產(chǎn)狀、巖體完整性、圍壓及滲透性，實(shí)現(xiàn)多場耦合下卸荷工況石膏質(zhì)巖石的溶蝕、膨脹、腐蝕性變化規(guī)律。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，包括：

3、磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置，為空心的透明體；

4、圍巖襯砌結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)，位于所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)，包括圍巖襯砌模擬裝置、襯砌模擬裝置和磁性外框，所述圍巖襯砌模擬裝置設(shè)在所述襯砌模擬裝置與所述磁性外框之間且固定于襯砌模擬裝置上；所述襯砌模擬裝置剛度可調(diào)，所述磁性外框罩設(shè)在所述圍巖-襯砌模擬裝置外；所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置與所述磁性外框之間產(chǎn)生的磁力能使所述圍巖襯砌結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)懸浮在所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)并能驅(qū)動所述圍巖襯砌結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)；

5、膨脹力測試系統(tǒng)，安裝在所述圍巖襯砌模擬裝置上，用于測量所述圍巖膨脹產(chǎn)生的壓力及應(yīng)變；

6、流場模擬分析系統(tǒng)及注漿系統(tǒng)，與所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置的內(nèi)腔連通，通過向所述圍巖襯砌結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)內(nèi)注漿、注水以模擬地下水及漿液滲流，且可檢測裝置石膏質(zhì)巖溶解后的水質(zhì)變化；

7、溫控系統(tǒng)，設(shè)置在所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)，用于測量所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)的石膏質(zhì)巖水化產(chǎn)生的熱量及其溫度變化；及

8、完整性測試裝置，通過氣管與所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置的內(nèi)腔連通，能向所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)壓入惰性氣體，以測試巖體完整性。

9、進(jìn)一步地，所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置包括外殼和磁性外框及固定在所述外殼磁極，所述外殼為透明體，所述外殼罩設(shè)在所述磁性外框外，多個所述磁極周向間隔的固定在所述外殼上，每個所述磁極的磁性力大小可調(diào)，通過改變磁力驅(qū)動所述磁性外框在所述外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

10、進(jìn)一步地，所述圍巖襯砌模擬裝置包括內(nèi)框和多個圍巖片，所述內(nèi)框貼著所述磁性外框的內(nèi)壁設(shè)置，所述襯砌模擬裝置位于所述內(nèi)框，多個圍巖片間隔的固定在所述內(nèi)框上，并位于所述內(nèi)框與所述襯砌模擬裝置之間。

11、進(jìn)一步地，所述圍巖模擬系統(tǒng)內(nèi)框還包括隔熱層，所述隔熱層設(shè)置在所述磁性內(nèi)框與所述圍巖襯砌模擬裝置之間。

12、進(jìn)一步地，所述襯砌模擬裝置包括多層襯砌結(jié)構(gòu)，多層所述襯砌結(jié)構(gòu)從內(nèi)至外逐層層疊，每層所述襯砌結(jié)構(gòu)的剛度可調(diào)。

13、進(jìn)一步地，所述膨脹力測試系統(tǒng)包括多個壓力計，多個所述壓力計間隔的安裝在內(nèi)框內(nèi)側(cè)。

14、進(jìn)一步地，所述溫控系統(tǒng)包括測溫儀和溫度調(diào)節(jié)組件，所述測溫儀位于所述襯砌結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)內(nèi)，所述測溫儀與所述溫度調(diào)節(jié)組件電性連接并可對所述圍巖系統(tǒng)進(jìn)行加熱。

15、進(jìn)一步地，所述注漿系統(tǒng)包括注漿管和多個漿液袋，多個所述漿液袋分別固定在所述外殼和所述圍巖襯砌模擬裝置內(nèi)，每個所述漿液袋上連接有能向其內(nèi)注入漿液的所述注漿管，所述漿液袋受壓能破裂。

16、進(jìn)一步地，所述流場模擬分析系統(tǒng)包括注水管、進(jìn)水管、出水管、容納瓶和水質(zhì)傳感器，所述注水管設(shè)置在所述外殼上，并將所述外殼與外界水源連通。所述進(jìn)水管與所述圍巖襯砌模擬裝置內(nèi)部連通，并能隨著所述內(nèi)框徑向轉(zhuǎn)動，所述出水管的所述外殼。所述容納瓶置于外殼一側(cè)，試驗時與所述出水管連通，所述水質(zhì)傳感器安裝在所述容納瓶上，用于分析所述圍巖溶蝕后系統(tǒng)溶液的離子含量。

17、進(jìn)一步地，還包括底座和稱重系統(tǒng)，所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置通過所述底座固定所述稱重系統(tǒng)上。

18、本發(fā)明的有益效果：

19、上述石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，包括磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置、圍巖襯砌結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)，使用時，可通過分別調(diào)節(jié)、控制磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置的內(nèi)壁上的磁極的通電電流大小，使磁極產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁力，驅(qū)動圍巖襯砌結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)在磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)懸浮旋轉(zhuǎn)，以模擬層狀石膏巖與隧道相對幾何關(guān)系及圍巖襯砌結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)在不同水壓及流速條件下，石膏巖溶蝕下、膨脹性及膨脹性變化。

20、使用時，可通過襯砌模擬裝置向圍巖襯砌模擬裝置徑向加壓，使圍巖襯砌模擬裝置破碎，測試巖體完整性。同時，通過調(diào)整襯砌模擬裝置結(jié)構(gòu)剛度，來模擬各種支護(hù)工況。另外，可通過流場模擬分析系統(tǒng)向磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)注水，通過控制模擬水壓及流速變化，以模擬圍巖滲透性，在出水口處溶液瓶內(nèi)安裝傳感器，分析系統(tǒng)離子變化。

21、采用上述石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，可通過改變巖層厚度及產(chǎn)狀、巖體完整性、圍壓及滲透性，測試多場耦合下卸荷工況石膏質(zhì)巖石的溶蝕、膨脹、腐蝕性變化規(guī)律。

22、此外，還可通過上述系統(tǒng)，通過改變襯砌結(jié)構(gòu)、注漿材料，尋找經(jīng)濟(jì)耐久安全的抗腐蝕襯砌結(jié)構(gòu)、漿液材料。

技術(shù)特征：

1.一種石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置包括外殼和磁性外框及固定在所述外殼磁極，所述外殼為透明體，所述外殼罩設(shè)在所述磁性外框外，多個所述磁極周向間隔的固定在所述外殼上，每個所述磁極的磁性力大小可調(diào)，通過改變磁力驅(qū)動所述磁性外框在所述外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述圍巖襯砌模擬裝置包括內(nèi)框和多個圍巖片，所述內(nèi)框貼著所述磁性外框的內(nèi)壁設(shè)置，所述襯砌模擬裝置位于所述內(nèi)框，多個圍巖片間隔的固定在所述內(nèi)框上，并位于所述內(nèi)框與所述襯砌模擬裝置之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述圍巖模擬系統(tǒng)內(nèi)框還包括隔熱層，所述隔熱層設(shè)置在所述磁性內(nèi)框與所述圍巖襯砌模擬裝置之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述襯砌模擬裝置包括多層襯砌結(jié)構(gòu)，多層所述襯砌結(jié)構(gòu)從內(nèi)至外逐層層疊，每層所述襯砌結(jié)構(gòu)的剛度可調(diào)。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述膨脹力測試系統(tǒng)包括多個壓力計，多個所述壓力計間隔的安裝在內(nèi)框內(nèi)側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述溫控系統(tǒng)包括測溫儀和溫度調(diào)節(jié)組件，所述測溫儀位于所述襯砌結(jié)構(gòu)模擬系統(tǒng)內(nèi)，所述測溫儀與所述溫度調(diào)節(jié)組件電性連接并可對所述圍巖系統(tǒng)進(jìn)行加熱。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述注漿系統(tǒng)包括注漿管和多個漿液袋，多個所述漿液袋分別固定在所述外殼和所述圍巖襯砌模擬裝置內(nèi)，每個所述漿液袋上連接有能向其內(nèi)注入漿液的所述注漿管，所述漿液袋受壓能破裂。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述流場模擬分析系統(tǒng)包括注水管、進(jìn)水管、出水管、容納瓶和水質(zhì)傳感器，所述注水管設(shè)置在所述外殼上，并將所述外殼與外界水源連通，所述進(jìn)水管與所述圍巖襯砌模擬裝置內(nèi)部連通，并能隨著所述內(nèi)框徑向轉(zhuǎn)動，所述出水管的所述外殼，所述容納瓶置于外殼一側(cè)，試驗時與所述出水管連通，所述水質(zhì)傳感器安裝在所述容納瓶上，用于分析所述圍巖溶蝕后系統(tǒng)溶液的離子含量。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，其特征在于，還包括底座和稱重系統(tǒng)，所述磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置通過所述底座固定所述稱重系統(tǒng)上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開的石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，包括襯砌模擬裝置、圍巖襯砌模擬裝置和磁性外框，襯砌模擬裝置位于磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)，圍巖襯砌模擬裝置套設(shè)固定在襯砌模擬裝置上，磁性外框罩設(shè)在圍巖襯砌模擬裝置外，磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置能使圍巖及襯砌結(jié)構(gòu)模擬裝置懸浮并旋轉(zhuǎn)；膨脹力測試系統(tǒng)用于量測圍巖?襯砌裝置的壓力應(yīng)變；溫控系統(tǒng)用于測量系統(tǒng)內(nèi)的溫度及其變化；流場模擬分析系統(tǒng)能向圍及襯砌模擬系統(tǒng)內(nèi)注水以模擬地下水滲流并檢測水質(zhì)變化；注漿系統(tǒng)用于向圍巖襯砌模擬裝置內(nèi)注漿；完整性測試裝置向磁懸浮旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)壓入惰性氣體以測試巖體完整性。本石膏巖腐蝕性溶蝕性及膨脹性試驗系統(tǒng)，能方便準(zhǔn)確的檢測石膏巖的腐蝕性、溶蝕性和膨脹性，并可模擬地下水及漿液滲流、精確測量系統(tǒng)溫度變化。

技術(shù)研發(fā)人員：孫耀明,魏為成,祝建平,楊勇,甘偉,丁皓南,柴賀軍,袁兵,袁維順,王理吉,阮志敏,汪峰,傅文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8