数控真三维梯度加载模型试验系统的研制及应用

摘要: 为模拟深部地下洞室所处的非均匀三维地应力状态,研制了一种大型数控真三维梯度非均匀加载模型试验系统。该系统包括梯度非均匀加载装置、加载反力装置和数控加压系统。梯度非均匀加载装置分为6个加载面,其加载量值由其所处模型位置决定,并由数控加压系统控制施加。数控加压系统采用人机交互系统控制加载,实现模型加载过程的自动化、可视化和智能化。该系统能模拟真三维非均匀的真实地应力状态,并可据此研究深部地下洞室围岩的非线性变形特征,进而可更合理地评价地下洞室围岩的稳定性。将该系统应用于注采气压变化条件下的盐岩地下储气库稳定性模型实验,成功获得了在不同稳压阶段及不同注采气速率下的围岩变形收敛规律,发现了低压与稳压时间过长对储库稳定性的不良影响;得到了储气库安全运营的最低限制(4 MPa)。通过实验表明,该系统能真实有效模拟围岩应力状态,控制直观方便,可广泛应用于深部洞室大型地质力学模型实验中。