[發(fā)明專利]一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗裝置

有效

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• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103616492A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辛亞軍;勾攀峰;姬紅英
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種礦山開采物理模擬實驗裝置，特別涉及到巖土、地質(zhì)及礦山領(lǐng)域小型加載物理模擬實驗裝置，屬于實驗儀器設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于礦山工程環(huán)境的復(fù)雜性及現(xiàn)場試驗耗資大的制約，相似模擬實驗成為再現(xiàn)地下工程環(huán)境的一種重要科學(xué)研究手段。基于相似模擬理論，可以有效實現(xiàn)不同條件下的礦山工程環(huán)境，得出相關(guān)技術(shù)參數(shù)，為實際工程應(yīng)用提供依據(jù)。而隨著礦山開采深度的增加及圍巖環(huán)境的多變，相似材料的選取更加嚴(yán)格，其成本也因模型裝填高度的增加與新型材料價格的提高而加大。同時，高應(yīng)力條件下物理模擬實驗加載裝置也要采用大型液壓裝置，使得加載數(shù)據(jù)的精確性急劇下降，裝填材料模型變形下沉后其加載載荷不能恒久保持，大型物理模擬實驗在一定程度上也受到了制約。

現(xiàn)有物理模擬實驗裝置多為大型平面或液壓加載物理模擬實驗裝置，大型平面物理模擬實驗裝置裝填材料多、耗資大、周期長，且難以模擬深部條件下圍巖高應(yīng)力的作用；液壓加載物理模擬實驗裝置采用液壓加載，易造成加載數(shù)據(jù)在礦山巷道、硐室及工作面等開挖擾動過程中(覆巖下沉移動)的減小與漂移，不能保證物理模擬過程中上覆巖層應(yīng)力的精確再現(xiàn)。雖然也有鐵磚加載的做法，但鐵磚與裝填模型間沒有傳載橫梁及滑動側(cè)護(hù)擋板保護(hù)，且配載鐵磚裝填較高，易造成實驗數(shù)據(jù)的偏差及模型倒架傷人。

基于物理模擬實驗不同比例及自重應(yīng)力加載需要，提出一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗裝置，通過小比例實驗減少相似材料的裝填成本，采用自重框式配載裝置提高應(yīng)力加載環(huán)境的精確性及實驗過程的安全性，運(yùn)用三維物理模擬再現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)工程環(huán)境及施工過程，實驗精度高、數(shù)據(jù)可靠。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有物理模擬實驗裝填相似材料多、成本高、難以實現(xiàn)高應(yīng)力環(huán)境動態(tài)模擬及液壓加載精度差的不足，提出一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗裝置。該實驗裝置具有設(shè)計合理、裝填簡單、三維模擬、應(yīng)力精確等特點(diǎn)，易于實現(xiàn)深部復(fù)雜工程環(huán)境模擬實驗的需要。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗裝置，包括主架裝置、自重框式配載裝置及底座裝置，其特征在于：所述的主架裝置包括左側(cè)梁、右側(cè)梁、底橫梁及組成模型裝填空間的前后側(cè)護(hù)墻板組成，所述的自重框式配載裝置包括傳載橫梁、滑動墊圈、摩擦橡膠板、擋板螺栓及組成自重框式配載空間的前后滑動側(cè)護(hù)擋板組成，所述的底座裝置由基座和拉桿組成。

進(jìn)一步，所述的主架裝置為地質(zhì)相似體裝填的主區(qū)域，底橫梁兩端通過焊接與左側(cè)梁、右側(cè)梁固定，左右側(cè)梁上設(shè)有墻板螺孔，且前后側(cè)護(hù)墻板通過墻板螺栓與左右側(cè)梁進(jìn)行緊固，組成相似材料裝填空間。

進(jìn)一步，所述的自重框式配載裝置為由傳載橫梁、前后滑動側(cè)護(hù)擋板及擋板螺栓組成的滑動箱，依附于主架裝置上方，是鐵磚自重框式配載的主區(qū)域，前后滑動側(cè)護(hù)擋板上設(shè)有擋板螺孔，且通過擋板螺栓進(jìn)行緊固，前后滑動側(cè)護(hù)擋板與左右側(cè)梁間通過擋板螺栓上安裝的滑動墊圈進(jìn)行摩擦接觸，實現(xiàn)自重框架的上下自由滑動，實驗鐵磚配載高度等于或低于前后滑動側(cè)護(hù)擋板高度。

進(jìn)一步，所述的傳載橫梁為“II”形厚鋼板，且四角開有圓孔，便于拆卸與安裝。

進(jìn)一步，所述的摩擦橡膠板為工業(yè)用橡膠板，用于相似材料裝填區(qū)與鐵磚配載區(qū)的分隔與載荷的均勻接觸。

進(jìn)一步，所述的底座裝置為整個實驗裝置的支承穩(wěn)定構(gòu)件，基座焊接于左右側(cè)梁下端，并通過拉桿進(jìn)行緊固。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：通過小比例實驗減少相似材料的裝填成本，采用自重框式配載裝置提高應(yīng)力加載環(huán)境的精確性及實驗過程的安全性，運(yùn)用三維物理模擬再現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)工程環(huán)境及施工過程。該實驗裝置具有設(shè)計合理、裝填簡單、三維模擬、載荷精確等特點(diǎn)，易于實現(xiàn)深部復(fù)雜工程環(huán)境模擬實驗的需要。

附圖說明

圖1是實現(xiàn)本發(fā)明一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗裝置主視圖。

圖2是圖1的左視圖。

圖3是圖1的俯視圖。

圖4是傳載橫梁11的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為擋板螺孔；2為滑動墊圈；3為摩擦橡膠板；4為模型裝填區(qū)；5為墻板螺孔；6為左側(cè)梁；7為拉桿；8為自重框式配載區(qū)；9為滑動側(cè)護(hù)擋板；10為右側(cè)梁；11為擋板螺栓；12為傳載橫梁；13為墻板螺栓；14為側(cè)護(hù)墻板；15為底橫梁；16為基座。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

本發(fā)明提供了一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗裝置。