[發(fā)明專利]三向加載與定點動荷載相結(jié)合的大型三維相似模擬試驗系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910146486.2
• 申請日: 2019-02-27
• 公開（公告）號: CN109708972A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張東明;肖偉晶;尹光志;彭守建;李樹建;李小明;葉茂林;蔣長寶;李銘輝
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50240
• 代理人: 譚小容

本發(fā)明公開了一種三向加載與定點動荷載結(jié)合的大型三維相似模擬試驗系統(tǒng)，包括試件箱和反力系統(tǒng)，試件箱包括底座、左螺孔帶、右螺孔帶、前螺孔帶、后螺孔帶、左側(cè)板、前側(cè)板、第一中間螺孔帶、第二中間螺孔帶、右側(cè)板、后側(cè)板；所述反力系統(tǒng)包括反力池、左靜荷載加載液壓缸、前靜荷載加載液壓缸、上靜荷載加載液壓缸；每列左靜荷載加載液壓缸的正下方設(shè)置有一個左動荷載加載液壓缸，左動荷載加載液壓缸固定在側(cè)承力架上；每列前靜荷載加載液壓缸的正下方設(shè)置有一個前動荷載加載液壓缸，前動荷載加載液壓缸固定在前立柱上。基于現(xiàn)有的三向加載大型三維相似模擬試驗系統(tǒng)進行改進，改造成本低，動荷載加載液壓缸設(shè)置位置巧妙，模擬試驗效果更理想。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維相似模擬試驗系統(tǒng)，具體涉及一種用于研究礦體巖體應(yīng)力分布的相似模擬試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國是世界上一次能源以煤炭為主的主要國家之一，且煤炭作為主要能源，在一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中占70％左右。近幾年來，得益于我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，致使煤炭在一次能源結(jié)構(gòu)中的比例稍有下降趨勢，但是總體產(chǎn)量依舊保持在高位。煤炭供應(yīng)主要以井工開采煤炭為主，以此相伴的礦山地質(zhì)災(zāi)害一直是制約煤礦安全生產(chǎn)的難題。因此研究動荷載作用下井下煤層開采過程中的力學(xué)與變形特性，對保障我國能源安全和煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)具有重要意義。

為研究地下空間開挖活動(如地下采礦、隧道開挖、地下人防工程等)中巖層壓力分布、圍巖變形、上覆巖層壓力分布及巖層移動和破斷規(guī)律等，通常采用相似模擬試驗的方法進行室內(nèi)試驗研究。由于地下空間工程所處環(huán)境特殊，開挖過程不僅受到人為擾動應(yīng)力的影響，同時還受到構(gòu)造應(yīng)力和地震波等其他因素的擾動作用。國家知識產(chǎn)權(quán)局公開的發(fā)明專利“201210376520.3三向加載大型三維相似模擬試驗系統(tǒng)”，能夠在三向不等壓的情況下模擬井下開采過程中不同高度頂板巖層的活動規(guī)律及復(fù)雜應(yīng)力分布情況，研究三向加載下地下礦山工程上覆圍巖變形及破斷規(guī)律，實現(xiàn)地下礦山在三向加載作用下巖層位移和破斷的可視化，在大尺度空間工程開挖模擬試驗研究中，該發(fā)明已取得一定的突破性進展。但是模擬試驗過程中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)無法實現(xiàn)對地層在沖擊荷載作用下變形和破斷規(guī)律的試驗研究，即無法將動荷載與靜荷載相結(jié)合，存在一定的局限性，因此一種能實現(xiàn)靜荷載與動荷載共同加載的模型試驗系統(tǒng)成為了急需解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于現(xiàn)有的三向加載大型三維相似模擬試驗系統(tǒng)進行改進，使其能滿足靜荷載與動荷載的同時加載，為更真實地模擬靜荷載與動荷載作用下地下礦山工程上覆圍巖變形及破斷規(guī)律，實現(xiàn)地下礦山在靜荷載與動荷載相結(jié)合作用下的巖層位移和破斷的可視化。

為此，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種三向加載與定點動荷載結(jié)合的大型三維相似模擬試驗系統(tǒng)，包括試件箱和反力系統(tǒng)，所述試件箱包括底座，所述底座的邊緣設(shè)置有構(gòu)成正方形的左螺孔帶、右螺孔帶、前螺孔帶和后螺孔帶；所述底座在左螺孔帶處通過螺栓固定連接有左側(cè)板，在前螺孔帶處通過螺栓固定連接有前側(cè)板；所述右螺孔帶與左螺孔帶之間設(shè)置有至少一個第一中間螺孔帶；所述后螺孔帶與前螺孔帶之間設(shè)置有與第一中間螺孔帶數(shù)量對應(yīng)、垂直相接的第二中間螺孔帶；相接的第一中間螺孔帶、第二中間螺孔帶、左螺孔帶和前螺孔帶構(gòu)成正方形；所述右螺孔帶或任一所述第一中間螺孔帶上通過螺栓固定連接有右側(cè)板；與所述右側(cè)板相接的后螺孔帶或任一第二中間螺孔帶上通過螺栓固定連接有后側(cè)板；

所述左側(cè)板的內(nèi)側(cè)通過螺栓固定連接有左壓座，左側(cè)板上按均分區(qū)域設(shè)置有左壓套；所述左壓座上固定有數(shù)量和位置與左壓套相對應(yīng)的左壓桿，左壓桿穿出所述左壓套；

所述前側(cè)板的內(nèi)側(cè)通過螺栓固定連接有前壓座，前側(cè)板上按均分區(qū)域設(shè)置有前壓套；所述前壓座上固定有數(shù)量和位置與前壓套相對應(yīng)的前壓桿，前壓桿穿出所述前壓套；

所述左壓座與前壓座間隔設(shè)置；

所述反力系統(tǒng)包括位于地面下的混凝土反力池，所述反力池的底部固定連接的第一反力座，所述第一反力座的右側(cè)設(shè)置有第二反力座，第二反力座與所述反力池的底部固定，并同時與所述第一反力座通過螺栓固定連接；