[實用新型]多形狀多比尺圍巖壓力模擬試驗系統

有效

• 申請號: 201720661138.5
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN207215596U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 馬海曜;楊博;李為騰;李廷春;王剛;杜貽騰;王建森
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及巖土工程試驗領域，具體地說是一種多形狀多比尺圍巖壓力模擬試驗系統。

背景技術

隨著我國經濟社會的發展，地下礦井、隧道、地鐵、水電硐室等修建越來越多，深度不斷增大，更多的工程處于惡劣地質條件，隨之面臨的支護問題也越來越突出。比如軟巖的大變形、高地壓和難支護等問題。在此背景下，越來越多的支護形式被應用在現場，如工字鋼拱架、U型鋼拱架、鋼管混凝土拱架、格柵鋼架、混凝土碹體支護等。上述支護結構的力學性能對于現場圍巖的最終穩定和工程的安全具有顯著影響。開展力學試驗是掌握支護結構力學性能的重要研究手段，可以明確支護結構力學特性、揭示其失效機理、優化其設計參數，對工程安全意義重大。

現有試驗系統一般采用常規液壓油缸，在加載過程中因試驗對象結構性原因，部分加載油缸會在保持壓力值的情況下被動回縮，這與現場實際情況明顯不符，因為現場圍巖的變形是單向、不可逆的。另外，試驗拱架尺寸受限于外圍反力結構大小和油缸規格，只能進行特定或相近尺寸的結構試驗；同時在通過外圍的油缸對拱架加壓時，由于拱架產生形變，油缸軸線與拱架軸線之間不一定能保持原有的垂直狀態，這不僅會對試驗的精度產生一定的影響，還會對液壓油缸造成一定的損害，縮短其使用壽命；除此之外，當前相似的試驗系統一般將加載油缸安放在拱架外圍，需要體積龐大的外圍反力結構，因此占據了大量的實驗室空間，并且建造成本高，費工費力，不符合“高精度、高效率、低成本”的原則。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種多形狀多比尺圍巖壓力模擬試驗系統，該試驗系統能夠準確模擬圍巖的變形和壓力行為，提高試驗精度，并且減少試驗系統占用空間，降低制造成本，延長試驗系統的使用壽命，使試驗系統得到最大化利用。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：多形狀多比尺圍巖壓力模擬試驗系統，其特征在于：包括可調節油缸位置的底板，所述的底板由混凝土基礎和鋼板組成；混凝土基礎澆筑在地基上，并用錨樁加固；鋼板位于混凝土基礎上，與混凝土基礎共同為油缸提供反力，鋼板上有螺栓孔，用于固定和調節油缸位置；所述的油缸為止回油缸，油缸通過油缸底座固定在底板上，所述的油缸底座通過法蘭連接與底板固定，止回油缸可根據試驗需求調節位置。

為了實現多形狀調節功能，進一步的技術方案為：止回油缸通過端鉸與鏈條連接，加載模式以鏈條的拉力模擬圍巖壓力；為保護止回油缸，使其只受豎向拉力，通過齒輪組改變鏈條傳力方向；所述的齒輪組由兩個轉向在同一直線上的齒輪組成，靠近油缸的齒輪固定在加載倉內，使鏈條方向與止回油缸豎向中心線保持一致，靠近試驗對象的齒輪固定在上底板上，每組齒輪位置應使鏈條方向與試驗對象中心線保持水平，本實施例中試驗對象為“U”形拱架。特別的，當加載試驗對象為圓形時，由于部分止回油缸附近無反力墻固定齒輪，故采用聯合支架固定齒輪。所述的聯合支架為鋼支架，由支架底座和油缸-支架底座固定在底板上，為齒輪提供支撐反力，聯合支架上齒輪高度與上底板靠近試驗對象的齒輪高度相同，此時，使用聯合支架固定齒輪的止回油缸只需一個齒輪即可實現試驗需求。

為保證試驗精度，進一步的技術方案為：將力傳感器布置在試驗對象與靠近試驗對象的齒輪中間，力傳感器所受的拉力即試驗對象所受的力，所述的力傳感器通過鏈條和鏈條連接器與加載拉環連接，所述的加載拉環為鋼制拉環，加載拉環套置在試驗對象上；為分散加載拉環對試驗對象接觸區的作用力，降低加載過程中對試驗對象產生的應力集中程度，更真實地模擬現場圍巖作用，在加載拉環和試驗對象中間放置一橡膠墊板；為防止試驗過程中加載拉環和橡膠墊板產生移動，在試驗對象上焊接限位塊以約束橡膠墊板；由于試驗過程中，試驗對象會產生較大變形，為滿足試驗精度要求，采用拉線式位移計，所述的拉線式位移計固定在試驗對象外側，位移線固定在試驗對象受力處。

為防止試驗對象加載時發生平面以外的變形，進一步的技術方案為：在上底板上設有限位擋梁，所述的限位擋梁沿試驗對象均勻分布，由上下布置且相互平行的上擋梁和下擋梁構成，上擋梁和下擋梁通過擋梁柱連接在一起，限位擋梁將試驗對象固定在上、下擋梁中間；所述的擋梁柱為帶螺紋鋼筋，通過螺母調節和固定上、下擋梁，擋梁柱固定在預留孔內；所述的預留孔是布置在上底板的若干深孔，這些預留孔在澆灌混凝土時通過預埋鋼管形成。