[發明專利]一種傾斜巖層物理相似模擬試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201510011652.X
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104596855B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 趙同彬;鄒建超;尹延春;杜燁;劉曉明;程康康
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 段毅凡

技術領域

本發明涉及一種巖層物理相似模擬試驗裝置及方法，尤其涉及傾斜巖層物理相似模擬試驗裝置及方法。

背景技術

地質巖層在外部擾動、地應力或施加外力等作用下，巖層的破裂和移動規律及圍巖的應力分布、位移變化等物理力學特性的研究，是地質巖層研究領域的一個重要課題，更是地質巖層安全施工的重要保證。但由于地質巖層環境的特殊性和復雜性，以及現場實測周期較長、耗費大等因素影響，導致對巖層壓力及運動規律進行系統的研究與分析以及巖層內部性狀變化原位監測難以全面開展。

因此，相似模擬試驗成為了研究這一復雜地質環境的重要科學手段。基于相似模擬試驗理論，將復雜的地質巖層通過模型上的相似再現，來研究真實對象中發生的現象和過程的規律性，可以得出相關的技術指標和參數，為實際工程的生產實踐和應用提供科學依據，對擾動、地應力以及外部作用力下的巖層運動理論研究有一定的指導意義，從而達到解決實際問題的目的。

傳統的相似模擬試驗裝置一般只能進行水平層面的模擬試驗。少數可模擬傾斜巖層的相似模擬試驗裝置，由于機架上部晃動，不受控制，使得重心不穩定，存在穩定性差、危險性大的隱患，經常造成裝填模型的倒塌、滑移；而且在模型機架整體轉動過程中，可模擬的傾斜角度受限制、不易控制。上述的相似材料模擬試驗裝置功能單一、能夠模擬的巖層條件受限制，不能實現巖層傾角的安全、有效相似模擬試驗。因此現有相似模擬試驗裝置在很大程度上難于適應現階段復雜地質條件模擬的需要。

針對上述問題，如何改進現有的相似模擬試驗裝置，使其既能夠進行水平巖層的相似模擬，又能夠進行具有傾角的巖層模擬；同時又要保證試驗裝置的平衡穩定性和安全性以及相似模擬試驗的效果，滿足現階段地質巖層研究的需要，成為亟待解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種傾斜巖層物理相似模擬試驗的裝置并提出利用該裝置的方法，通過該裝置及方法對地層中不同傾角的巖層進行相似模擬試驗，通過觀察、測量在外部擾動、地應力、施加外力等作用下巖層內部的應力分布、位移變化等物理力學特性，得出相關的技術指標和參數，來研究真實地質巖層在這一過程中的規律性，有利于對巖層施工過程中進行有效的支護，為地質巖層安全施工提供保證。

為解決上述技術問題，本發明的傾斜巖層物理相似模擬試驗裝置，所采用的技術方案是：

一種傾斜巖層物理相似模擬試驗裝置，其特征在于，它由外部框架、可傾斜機架、前后擋板、液壓支撐裝置和懸吊起重裝置組成；其中：

所述的外部框架包括豎向立柱、橫向底座、上橫梁和雙滑輪軌道；橫向底座通過螺栓固定在地面上；上橫梁內部下端面安裝有平行的雙滑輪軌道，左、右豎向立柱通過螺栓使底座和上橫梁固定為一體；

所述的液壓支撐裝置包括若干支撐千斤頂；支撐千斤頂安裝在外部框架的橫向底座上；所述的懸吊起重裝置安裝在外部框架的雙滑輪軌道上，并在雙滑輪軌道上設有臥式千斤頂；臥式千斤頂使懸吊起重裝置在雙滑輪軌道上來回移動；懸吊起重裝置由兩臺電動機、電動機動力輪、吊繩、吊鉤、滑輪組成；兩臺電動機通過鋼板相連；

所述的可傾斜機架包括內框架、活動梁、加載千斤頂、承壓塊、導軌、吊環和角度尺；可傾斜機架整體安裝在外部固定框架內部，并與外部框架之間留有一定的傾斜活動空間；上述的活動梁活動安裝在內框架的豎框上，加載千斤頂安裝在內框架的頂框上，加載千斤頂的伸出端底部焊接有承壓塊；上述的吊環焊接在內框架上端面兩側；內框架一側底端通過轉動軸與外部框架底座鉸接，內框架的底部支撐在液壓支撐裝置上；所述的角度尺指針通過螺栓固定在內框架底面上，角度尺刻有0-90°角度刻度，0刻度線與外部框架底座上端面和內框架底框下端面交接處重合，能隨可傾斜機架轉動，顯示出傾斜的角度；內框架的側框、底框和活動梁的前、后面上均加工有沿框長度方向的開口槽，開口槽中安裝有導軌，導軌上安裝有若干個既可滑動又能固定的螺紋孔卡扣；

所述的前后擋板通過螺紋孔卡扣安裝在可傾斜支架上，形成鋪填各巖層相似模擬材料的空間。

一種利用本發明的裝置進行傾斜巖層物理相似模擬試驗的方法，如下：

第一步，調整可傾斜機架傾斜角度