一種側(cè)向加壓相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種側(cè)向加壓相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，屬于一種相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。該裝置包括底座、立柱、千斤頂、和透明玻璃鋼擋板，底座兩端與所述立柱底端焊接，千斤頂活柱上固定有鋼板，千斤頂?shù)撞颗c底板焊接，通過底座上的千斤頂下降模擬煤層開采，透明玻璃鋼擋板經(jīng)立柱固定向模型施加側(cè)向壓力。該相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法可實(shí)現(xiàn)側(cè)向加壓，能更真實(shí)、便捷地模擬煤層開挖覆巖移動的特征。
【專利說明】一種側(cè)向加壓相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，具體涉及一種可以實(shí)現(xiàn)側(cè)向加壓的相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相似模擬試驗(yàn)是巖土、地質(zhì)、礦山等領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)研究的主要手段之一?；谙嗨颇M理論，通過對巖層、硐室、壩體、邊坡、巷道等對象進(jìn)行相似模擬，得出有關(guān)技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，從而為生產(chǎn)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。
[0003]目前實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相似模擬研究所使用的主要為平面應(yīng)力模型，平面應(yīng)力模型具有模型鋪裝容易、實(shí)驗(yàn)測試方便、實(shí)驗(yàn)周期短、便于觀察等優(yōu)點(diǎn)。但平面模型架的厚度一般為20cm，且模型厚度方向兩側(cè)為自由面，不能真實(shí)模擬模型兩側(cè)水平受力情況。模擬煤層回采時，傳統(tǒng)的開挖手段有具有工作量大、分步開挖進(jìn)尺控制不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題而提供了一種側(cè)向加壓相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。該相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法可實(shí)現(xiàn)對模型側(cè)向加壓，能更加真實(shí)地模擬煤層開挖等研究。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種側(cè)向加壓自動開挖相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，包括底座(I)、立柱(2)、千斤頂(3)和透明玻璃鋼擋板(4)，底座(I)兩端與所述立柱(2)底端焊接，千斤頂(3)活柱上固定有鋼板(9)，千斤頂(3)底部與底板(I)焊接，通過底座(I)上的千斤頂下降模擬煤層開采，透明玻璃鋼擋板(4)經(jīng)立柱(2)固定向模型施加側(cè)向壓力；所述的透明玻璃鋼擋板(4)截面呈凸字形，與模擬巖層相接觸的中間加壓段較厚，與立柱相固定的兩端固定段較薄；所述的透明玻璃鋼擋板(4)兩端固定段上上設(shè)有固定螺栓孔(7);所述的透明玻璃鋼擋板(4)上均勻分布凸點(diǎn)；所述的透明玻璃鋼擋板(4)中部加壓段上固定有振弦式土壓力計(jì)(5);所述的透明玻璃鋼擋板(4)反應(yīng)不同煤巖層埋深條件下的側(cè)壓系數(shù)。
[0006]本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn):本裝置使用方便、成本較低，可以模擬模型兩側(cè)受力情況，極大的提高了相似模擬的準(zhǔn)確性，同時該裝置模擬煤層回采時能夠通過千斤頂(3)帶動鋼板
(9)下降模擬分步開挖過程，分步開挖進(jìn)尺控制準(zhǔn)確、工作量小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0008]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的主視圖。
[0009]圖2為圖1的側(cè)視圖。
[0010]圖3為圖1的俯視圖。
[0011]圖4為透明玻璃鋼擋板的主視圖。[0012]圖5為透明玻璃鋼擋板的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參照圖f圖3，一種側(cè)向加壓自動開挖相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，包括可調(diào)節(jié)底座(I)、立柱(2)、透明玻璃鋼擋板(4)，可調(diào)節(jié)底座(I)底部兩側(cè)與所述立柱(2)底端焊接，可調(diào)節(jié)底座(I)底部及立柱(2)均采用槽鋼制作，立柱(2)槽鋼腿部均布螺栓孔?？烧{(diào)節(jié)底座(I)上固定有若干個千斤頂(3)，模擬煤層分步回采時，模型底部不鋪設(shè)煤層，使千斤頂(3)帶動上方矩形鋼板(9)降低模擬煤層分步回采。模型的前后兩塊透明玻璃鋼擋板
(4)利用長螺栓(8)穿過立柱(2)上的螺栓孔相固定，同時利用長螺栓(8)對兩塊透明玻璃鋼擋板(4)的壓力對模型進(jìn)行側(cè)向加壓，透明玻璃鋼擋板(4)反應(yīng)不同埋深條件下側(cè)壓系數(shù)。
[0014]圖4所示的透明玻璃鋼擋板(4)的主視圖，透明玻璃鋼擋板(4)為剛性透明體，有利于實(shí)驗(yàn)過程中對模型進(jìn)行觀察；擋板兩端各有兩個螺栓孔(7);擋板內(nèi)側(cè)均布凸點(diǎn)，均布的凸點(diǎn)能增加模擬巖層與透明玻璃鋼擋板(4)間的摩擦系數(shù)，能真實(shí)模擬模型巖層豎向移動時源于兩側(cè)的約束力；透明玻璃鋼擋板(4)內(nèi)側(cè)均勻固定了 4個振弦式土壓力計(jì)(5)，振弦式土壓力計(jì)(5 )有信號傳輸電纜(6 )引出，通過壓力讀數(shù)裝置掌握加壓值，加壓值可根據(jù)所模擬工程的真實(shí)地質(zhì)條件計(jì)算得出。
[0015]圖5所示的透明玻璃鋼擋板(4)的俯視圖，透明玻璃鋼擋板(4)分為固定部分及加壓部分，固定部分設(shè)于兩端，長度等于立柱寬度，厚度約為IOmm;擋板加壓部分位于擋板中部，長度等于模型寬度，厚約30_，并在內(nèi)側(cè)固定有4個振弦式土壓力計(jì)(5)。
[0016]本發(fā)明模擬試驗(yàn)方法:
模型架準(zhǔn)備就緒后，在該裝置內(nèi)由下而上依次鋪設(shè)相似煤巖層，隨著相似煤巖層的鋪設(shè)，在立柱(2)兩側(cè)安裝透明玻璃鋼擋板(4)，此時透明玻璃鋼擋板(4)可起到圍擋相似煤巖層的作用。
[0017]按以上步驟鋪設(shè)模型完畢并穩(wěn)定后，根據(jù)所模擬工程的真實(shí)地質(zhì)條件計(jì)算出需施加在模型上的豎向和水平荷載，豎向荷載可利用傳統(tǒng)的水袋加壓等方式施加，不同埋深的相似煤巖層水平荷載則需要緊固穿過透明玻璃鋼擋板(4)和立柱(2)的長螺栓(8)的方式逐個施加，同時通過透明玻璃鋼擋板(4)上所固定的振弦式土壓力計(jì)(5)所傳導(dǎo)出的壓力值準(zhǔn)確施加水平荷載。
[0018]對模型施加荷載完成后，通過依次降低可調(diào)節(jié)底座(I)上固定的千斤頂(3)模擬煤層分步開挖，上覆相似煤巖層在垂直荷載及重力的作用下開始移動，同時受透明玻璃鋼擋板(4)所產(chǎn)生水平荷載及摩擦力的約束，真實(shí)的模擬了煤層開采過程中的覆巖移動情況。
[0019]模擬煤層分步開挖的同時，試驗(yàn)人員可透過透明玻璃鋼擋板(4)觀察相似煤巖層的移動情況，并可進(jìn)行拍照記錄及位移測量等工作。
【權(quán)利要求】
1.一種側(cè)向加壓自動開挖相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，包括底座(I)、立柱(2)、千斤頂(3)和透明玻璃鋼擋板(4)，底座(I)兩端與所述立柱(2)底端焊接，千斤頂(3)活柱上固定有鋼板(9)，千斤頂(3)底部與底板(I)焊接，通過底座(I)上的千斤頂下降模擬煤層開采，透明玻璃鋼擋板(4)經(jīng)立柱(2)固定向模型施加側(cè)向壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)向加壓相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述的透明玻璃鋼擋板(4)截面呈凸字形，與模擬巖層相接觸的中間加壓段較厚，與立柱相固定的兩端固定段較薄。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)向加壓相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述的透明玻璃鋼擋板(4)兩端固定段上上設(shè)有固定螺栓孔(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)向加壓相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述的透明玻璃鋼擋板(4)上均勻分布凸點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)向加壓相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述的透明玻璃鋼擋板(4)中部加壓段上固定有振弦式土壓力計(jì)(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)向加壓相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述的透明玻璃鋼擋板(4)反應(yīng)不同煤巖層埋深條件下的側(cè)壓系數(shù)。
【文檔編號】G01N19/00GK103760096SQ201410019767
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】王旭鋒, 亓祥巍, 張東升, 張勝龍, 吳陽陽, 張煒, 楊振浩, 秦冬冬 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)