本發(fā)明涉及礦業(yè)工程充填體試樣制作及實驗，尤其涉及一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著礦業(yè)工程技術(shù)的發(fā)展，地下開采技術(shù)日益成熟，下向分層充填采礦法作為一種新型的采礦方式，具有較高的安全性和經(jīng)濟性。其適用于多種類型的礦床，尤其是在地質(zhì)條件復(fù)雜、巖體不穩(wěn)定的地區(qū)，具有良好的應(yīng)用前景。充填假頂作為下向分層充填采礦法中的重要因素，研究其在受壓過程中的變形規(guī)律及穩(wěn)定性評價對現(xiàn)場安全施工具有重要意義。

2、傳統(tǒng)的模擬充填假頂受壓變形的試驗裝置，為方便實驗操作，充填體試樣相較于要模擬的充填假頂縮小比例偏大，一般多為1：10，試樣尺寸通常在10mm左右，導(dǎo)致充填體試樣與實際相比尺寸偏?。煌瑫r所使用的鋼筋按相應(yīng)比例縮小后，一般多用細(xì)鐵絲替代，但其力學(xué)性能與形貌特征等與現(xiàn)場實際使用鋼筋存在顯著差異。因此，傳統(tǒng)的模擬充填假頂受壓變形的試驗所得到的充填假頂強度數(shù)據(jù)與現(xiàn)場強度并不匹配，存在較大誤差。

3、目前，為研究充填假頂強度所制作的試樣外漏的鋼筋僅端部進行固定，無法控制具體施加的預(yù)應(yīng)力大小，從而無法確定對鋼筋施加不同預(yù)應(yīng)力對充填假頂強度的影響。因此，傳統(tǒng)模擬充填假頂受壓變形的試驗所得到的強度數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確的表征井下原位充填假頂?shù)恼鎸崗姸取?/p>

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，能夠有效解決充填假頂試樣尺寸偏小導(dǎo)致其力學(xué)性能與現(xiàn)場實際情況差異過大的問題，同時可以確定對鋼筋施加不同預(yù)應(yīng)力對充填假頂強度的影響。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明所提出的一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，包括底板、模具、水平拉伸機構(gòu)、法向加壓機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述模具為中空的長方體結(jié)構(gòu)，其對應(yīng)固定在底板的上端面中部，且四周側(cè)壁上均布有若干鋼筋孔；所述水平拉伸機構(gòu)設(shè)置有兩組，分別對應(yīng)分布于模具側(cè)壁的外部，且兩組水平拉伸機構(gòu)相互垂直，且水平拉伸機構(gòu)底部均與底板固連；所述法向加壓機構(gòu)布置在模具上下兩側(cè)之間；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別與水平拉伸機構(gòu)和法向加壓機構(gòu)連接。

4、進一步的，所述水平拉伸機構(gòu)包括兩個水平反力框架、鋼筋拉伸油缸、鋼筋鎖固夾具；兩個水平反力框架分別設(shè)置在模具相對一組側(cè)壁的外部，且水平反力框架與其對應(yīng)的模具側(cè)壁相互平行，并與底板垂直固連；所述鋼筋拉伸油缸的缸體垂直固連在一側(cè)水平反力框架的中上部且其活塞桿端與模具側(cè)壁對應(yīng)；所述鋼筋鎖固夾具固連在鋼筋拉伸油缸的活塞桿端部，且鋼筋鎖固夾具與模具側(cè)壁對應(yīng)的一側(cè)端面上設(shè)置有與鋼筋孔對應(yīng)的夾持孔；另一側(cè)水平反力框架的表面開有與鋼筋孔對應(yīng)的固定孔。

5、進一步的，所述水平反力框架的外側(cè)兩端分別通過三角鋼板與底板固連。

6、進一步的，每組水平拉伸機構(gòu)中，模具相對一組側(cè)壁外部的兩個水平反力框架的兩端之間分別通過支桿固連。

7、進一步的，所述鋼筋拉伸油缸與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間設(shè)置有加載油泵、卸載油閥、壓力表和壓力傳感器；所述加載油泵、卸載油閥、壓力表和壓力傳感器依次連接后經(jīng)壓力傳感器連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述鋼筋拉伸油缸連接至卸載油閥和壓力表之間的線路上。

8、進一步的，所述模具外側(cè)通過固定壁與底板固連。

9、進一步的，所述模具側(cè)壁為實心鋼制結(jié)構(gòu)。

10、進一步的，所述法向加壓機構(gòu)包括法向反力框架、法向加載油缸、加載壓塊和四點壓縮部件；所述法向反力框架分別水平設(shè)置在模具的上下兩側(cè)，且模具上下兩側(cè)的法向反力框架的四角之間通過支柱固連；所述法向加載油缸設(shè)置在下側(cè)法向反力框架上方；所述加載壓塊分別對應(yīng)設(shè)置在模具的上下兩側(cè)，且上加載壓塊與上側(cè)法向反力框架連接，下加載壓塊與法向加載油缸輸出端連接；所述四點壓縮部件為四根與試樣長度一致的圓形鐵桿，其中兩根平行布置在模具與下加載壓塊之間，另外兩根平行布置在模具與上加載壓塊之間，且同一側(cè)的兩根圓形鐵桿的兩端之間通過鐵片固定。

11、進一步的，所述法向加載油缸通過法向液壓伺服系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

13、本發(fā)明所提出的一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，通過鋼筋拉伸油缸和鋼筋鎖固夾具對充填假頂試件的鋼筋施加預(yù)應(yīng)力，整個裝置組裝簡單、易操作，克服了傳統(tǒng)充填假頂模具試驗裝置不能控制對鋼筋施加預(yù)應(yīng)力的缺點。而且本發(fā)明操作簡易、結(jié)構(gòu)完整、可獨立完成試驗，而且可調(diào)節(jié)對鋼筋施加的預(yù)應(yīng)力、尺寸更接近現(xiàn)場實際，對實際工程具有重要的參考意義。

技術(shù)特征：

1.一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，其特征在于：所述裝置包括底板、模具、水平拉伸機構(gòu)、法向加壓機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述模具為中空的長方體結(jié)構(gòu)，其對應(yīng)固定在底板的上端面中部，且四周側(cè)壁上均布有若干鋼筋孔；所述水平拉伸機構(gòu)設(shè)置有兩組，分別對應(yīng)分布于模具側(cè)壁的外部，且兩組水平拉伸機構(gòu)相互垂直，且水平拉伸機構(gòu)底部均與底板固連；所述法向加壓機構(gòu)布置在模具上下兩側(cè)之間；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別與水平拉伸機構(gòu)和法向加壓機構(gòu)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，其特征在于：所述水平拉伸機構(gòu)包括兩個水平反力框架、鋼筋拉伸油缸、鋼筋鎖固夾具；兩個水平反力框架分別設(shè)置在模具相對一組側(cè)壁的外部，且水平反力框架與其對應(yīng)的模具側(cè)壁相互平行，并與底板垂直固連；所述鋼筋拉伸油缸的缸體垂直固連在一側(cè)水平反力框架的中上部且其活塞桿端與模具側(cè)壁對應(yīng)；所述鋼筋鎖固夾具固連在鋼筋拉伸油缸的活塞桿端部，且鋼筋鎖固夾具與模具側(cè)壁對應(yīng)的一側(cè)端面上設(shè)置有與鋼筋孔對應(yīng)的夾持孔；另一側(cè)水平反力框架的表面開有與鋼筋孔對應(yīng)的固定孔。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，其特征在于：所述水平反力框架的外側(cè)兩端分別通過三角鋼板與底板固連。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，其特征在于：每組水平拉伸機構(gòu)中，模具相對一組側(cè)壁外部的兩個水平反力框架的兩端之間分別通過支桿固連。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，其特征在于：所述鋼筋拉伸油缸與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間設(shè)置有加載油泵、卸載油閥、壓力表和壓力傳感器；所述加載油泵、卸載油閥、壓力表和壓力傳感器依次連接后經(jīng)壓力傳感器連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述鋼筋拉伸油缸連接至卸載油閥和壓力表之間的線路上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，其特征在于：所述模具外側(cè)通過固定壁與底板固連。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，其特征在于：所述模具側(cè)壁為實心鋼制結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，其特征在于：所述法向加壓機構(gòu)包括法向反力框架、法向加載油缸、加載壓塊和四點壓縮部件；所述法向反力框架分別水平設(shè)置在模具的上下兩側(cè)，且模具上下兩側(cè)的法向反力框架的四角之間通過支柱固連；所述法向加載油缸設(shè)置在下側(cè)法向反力框架上方；所述加載壓塊分別對應(yīng)設(shè)置在模具的上下兩側(cè)，且上加載壓塊與上側(cè)法向反力框架連接，下加載壓塊與法向加載油缸輸出端連接；所述四點壓縮部件為四根與試樣長度一致的圓形鐵桿，其中兩根平行布置在模具與下加載壓塊之間，另外兩根平行布置在模具與上加載壓塊之間，且同一側(cè)的兩根圓形鐵桿的兩端之間通過鐵片固定。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，其特征在于：所述法向加載油缸通過法向液壓伺服系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及礦業(yè)工程充填體試樣制作及實驗技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)應(yīng)力條件下大尺寸充填假頂受壓變形破壞試驗裝置，包括底板、模具、水平拉伸機構(gòu)、法向加壓機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述模具為中空的長方體結(jié)構(gòu)，其對應(yīng)固定在底板的上端面中部，且四周側(cè)壁上均布有若干鋼筋孔；所述水平拉伸機構(gòu)設(shè)置有兩組，分別對應(yīng)分布于模具側(cè)壁的外部，且兩組水平拉伸機構(gòu)相互垂直，且水平拉伸機構(gòu)底部均與底板固連；所述法向加壓機構(gòu)布置在模具上下兩側(cè)之間；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別與水平拉伸機構(gòu)和法向加壓機構(gòu)連接。本發(fā)明不但操作簡易、結(jié)構(gòu)完整、可獨立完成試驗，而且可調(diào)節(jié)對鋼筋施加的預(yù)應(yīng)力、尺寸更接近現(xiàn)場實際，對實際工程作業(yè)具有重要的參考意義。

技術(shù)研發(fā)人員：劉洪磊,王春,侯晨,鄧文學(xué),潘建達(dá),李汶柯
受保護的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6