在建筑結(jié)構(gòu)、崩潰采挖的施工和使用過程中，土木結(jié)構(gòu)不可避免會(huì)產(chǎn)生裂縫等不同失效形式，影響其安全性和耐久性。土木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度、耐久性以及變形特性研究，為工程施工提供有效的理論指導(dǎo)，還為土木工程結(jié)構(gòu)安全使用提供可靠的判別依據(jù)。
DIC技術(shù)可實(shí)時(shí)檢測(cè)煤礦土木模型結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，下陷位移情況，邊坡失穩(wěn)的演化過程，與有限元分析進(jìn)行驗(yàn)證，以便于事先采取適當(dāng)?shù)陌踩胧瑥亩行Х乐构こ探Y(jié)構(gòu)塌陷，跨落，邊坡失穩(wěn)，這對(duì)于結(jié)構(gòu)安全、高效開采工作有著實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值。
一、基坑開挖模擬實(shí)驗(yàn)
新拓三維自主研發(fā)的DIC技術(shù)方案，可用于針對(duì)巖土隧道領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)分析所需要的變形數(shù)據(jù)采集能力，系統(tǒng)分析軟件具有快速準(zhǔn)確的應(yīng)變分析功能，直觀輸出變形應(yīng)變分析結(jié)果等特點(diǎn)，已越來越多地應(yīng)用于巖土隧道工程領(lǐng)域。
基坑開挖會(huì)對(duì)地層既有的原狀土產(chǎn)生擾動(dòng)，改變土體的應(yīng)力場(chǎng)。地鐵隧道上進(jìn)行基坑開挖，會(huì)使隧道上方產(chǎn)生卸荷作用，減弱隧道管片的應(yīng)力，使隧道管片松動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫，容易使地下水滲入造成隧道危害。
基坑模擬試驗(yàn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)由擋土墻和內(nèi)支撐組成，擋土墻兩側(cè)的止水橡膠和防水油泥，可保證擋土墻移動(dòng)過程中，擋土墻與模型箱接觸面不發(fā)生漏水。在基坑開挖過程中，采用DIC技術(shù)實(shí)時(shí)采集土體開挖時(shí)臨近擋土墻結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)變。
DIC技術(shù)具有非接觸、全場(chǎng)、精度高的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于了解煤巖土木結(jié)構(gòu)的安全性能以及結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)具有重要意義。接下來，讓我們一起看看DIC技術(shù)在煤巖土木結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的典型應(yīng)用案例。
二、煤礦開采結(jié)構(gòu)沉降模擬試驗(yàn)
我國(guó)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，使煤礦水害高發(fā)，在各種礦難中，水害事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失是相當(dāng)嚴(yán)重的，這不僅帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)造成人員傷亡。在煤礦開采作業(yè)時(shí)，地面水或地下水通過裂縫涌入，當(dāng)超負(fù)荷時(shí)就會(huì)造成礦井水害現(xiàn)象的產(chǎn)生。
對(duì)于煤礦開采過程中上覆巖層離層、垮落跟蹤分析，研究煤礦關(guān)鍵位置和結(jié)構(gòu)的位移、變形，對(duì)于預(yù)防裂縫生長(zhǎng)導(dǎo)致透水，及時(shí)采取安全措施有重要的價(jià)值。采用XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變變形測(cè)量分析系統(tǒng)，根據(jù)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)，可實(shí)時(shí)觀測(cè)煤礦模型表面的位移場(chǎng)及應(yīng)變場(chǎng)，清晰呈現(xiàn)采場(chǎng)上覆巖層在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的變化。
中間開采、側(cè)幫加壓位移應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)
底部開采位移應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)
三、煤礦采挖覆巖變形模擬試驗(yàn)
由于煤礦采動(dòng)的影響，頂板容易跨落，上方地表將達(dá)到超充分采動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生很大的地表變形，如果對(duì)采煤工作面覆巖移動(dòng)和變形規(guī)律研究較少，生產(chǎn)過程中就容易產(chǎn)生冒頂、偏幫、圍巖變形嚴(yán)重等難題，為了解決這些難題，需對(duì)煤礦開采工作面進(jìn)行實(shí)測(cè)研究，研究采動(dòng)覆巖位移和變形的演化規(guī)律。
利用相似材料物理試驗(yàn)，采用XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變變形測(cè)量分析系統(tǒng)，對(duì)采場(chǎng)覆巖移動(dòng)垮落規(guī)律進(jìn)行研究，可以更好地克服煤炭生產(chǎn)過程中覆巖中關(guān)鍵層跨落等破壞形態(tài)引發(fā)的事故，為煤礦高效、安全生產(chǎn)提供有力的數(shù)據(jù)分析保障。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：采挖過程模型結(jié)構(gòu)的應(yīng)變場(chǎng)、位移場(chǎng)
采挖實(shí)驗(yàn)開始，模型會(huì)垮落，表面出現(xiàn)裂紋，使用XTDIC系統(tǒng)獲取模型表面應(yīng)變場(chǎng)，預(yù)測(cè)裂紋的變化。從曲線可知，應(yīng)變先變大后變小，表示模型下部分先垮落導(dǎo)致裂紋變大，隨著采挖推進(jìn)上部分也垮落導(dǎo)致裂紋變小，與實(shí)驗(yàn)的記錄基本一致。
四、“三軟”煤層覆巖采動(dòng)變形模擬試驗(yàn)
煤層在開采過程中，采空區(qū)上覆巖層在垂直方向自上而下形成垮落帶，斷裂帶和彎曲下沉帶，“三軟”煤層抗壓強(qiáng)度小，頂板和煤層易松軟冒落，確定開采工作面上覆巖層頂板帶的高度，對(duì)于煤層在開采過程中防跨落、下沉有重要的參考價(jià)值。
使用XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變變形測(cè)量分析系統(tǒng)，采用實(shí)驗(yàn)室相似模擬的方法，通過全程攝影測(cè)量頂?shù)装逯袘?yīng)力變化和巖層的位移變化，可以更好地研究“三軟”不穩(wěn)定煤層在采動(dòng)影響下，上覆巖層裂隙場(chǎng)分布及演化規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果和測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)煤礦開采過程中的安全防護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：三軟煤層覆巖模型在采挖過程中的位移圖、應(yīng)變圖。
新拓三維DIC技術(shù)通過直接測(cè)量材料和結(jié)構(gòu)表面力學(xué)行為，分析測(cè)量材料和結(jié)構(gòu)的表面位移、應(yīng)變特性來檢測(cè)結(jié)構(gòu)變形和裂隙成長(zhǎng)過程等失效形式、失效位置、面積和發(fā)展趨勢(shì)，精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)有助于保障煤礦土木結(jié)構(gòu)的安全、耐久，對(duì)實(shí)際工程評(píng)估和開發(fā)有一定指導(dǎo)意義。