[發(fā)明專利]一種錨固體相似材料試驗(yàn)加載系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910828493.0
• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN110595897B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王其洲;池秀文;葉海旺;任高峰;李寧;陳東方
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 武漢智嘉聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42231
• 代理人: 江慧

本發(fā)明涉及巷道錨固體支護(hù)性能測試技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種錨固體相似材料試驗(yàn)加載系統(tǒng)，包括外部框架以及內(nèi)部加載設(shè)備，內(nèi)部加載設(shè)備設(shè)置于外部框架內(nèi)；內(nèi)部加載設(shè)備包括四個(gè)側(cè)面加載裝置和多個(gè)頂面加載裝置；其中兩個(gè)側(cè)面加載裝置組沿試件的長軸方向相對而設(shè)，另外兩個(gè)側(cè)面加載裝置沿試件的短軸方向相對而設(shè)，多個(gè)頂面加載裝置均設(shè)置于試件的高度方向的上方，且沿試件長軸方向依次設(shè)置，四個(gè)側(cè)面加載裝置和多個(gè)頂面加載裝置圍合形成容納試件的腔體，四個(gè)側(cè)面加載裝置以及多個(gè)頂面加載裝置分別通過采集終端與控制終端電連接。本發(fā)明具有適用于錨固體相似材料試件，能反映錨固體頂部載荷分區(qū)變化特征的技術(shù)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巷道錨固體支護(hù)性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種錨固體相似材料試驗(yàn)加載系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在采礦工程和巖土工程領(lǐng)域，相似材料模型試驗(yàn)是重要的研究方法，即按照一定的容重相似比、幾何相似比和應(yīng)力相似比，并根據(jù)原位模型的位移邊界條件和應(yīng)力邊界條件，建立實(shí)驗(yàn)室可操作的相似材料試件和試驗(yàn)系統(tǒng)，還原巷道、隧道、采場等原位模型的變形和受力狀態(tài)。相似材料模型試驗(yàn)過程如下：首先，計(jì)算原位模型和相似模型的相似比，包括反映模型尺寸比例關(guān)系的幾何相似比、反映模型密度比例關(guān)系的容重相似比以及反映模型應(yīng)力或強(qiáng)度比例關(guān)系的應(yīng)力相似比；其次，在容重相似比計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，采用膠結(jié)劑(水泥、石膏)、填料(黃砂、石英砂)和添加劑(油脂、石蠟)等試驗(yàn)材料，開展相似材料配比試驗(yàn)，即采用不同膠結(jié)劑、填料和添加劑的配比，將相似材料加工為標(biāo)準(zhǔn)巖石力學(xué)試件，進(jìn)行單軸抗壓、抗拉和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果與巖石的實(shí)際力學(xué)參數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)滿足應(yīng)力相似比時(shí)的材料配比作為相似材料模擬試驗(yàn)的最優(yōu)配比，以求準(zhǔn)確反映巷道、隧道、采場等原位巖石的力學(xué)參數(shù)；再次，根據(jù)最優(yōu)材料配比進(jìn)行相似材料準(zhǔn)備，并依據(jù)幾何相似比構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室相似材料模型，待模型干燥成型后根據(jù)原位模型邊界條件對相似材料模型施加邊界條件；最后，開展巷道、隧道、采場等工程的相似材料模型實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，即模擬采礦工程和巖土工程領(lǐng)域的地下結(jié)構(gòu)的開挖步驟，并采用實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，記錄地下工程圍巖的變形和應(yīng)力變化狀態(tài)，用于分析原位模型的穩(wěn)定性。

采礦工程中的巷道開挖形成后，原巖三向應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生顯著變化，其圍巖內(nèi)形成典型的破碎區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)，并且沿巷道斷面的切向成為最大主應(yīng)力方向，切向應(yīng)力成為最大主應(yīng)力；沿巷道斷面的徑向成為最小主應(yīng)力方向，徑向應(yīng)力成為最小主應(yīng)力；沿巷道軸向方向成為中間主應(yīng)力方向，軸向應(yīng)力成為中間主應(yīng)力；其中，在三區(qū)范圍內(nèi)切向應(yīng)力出現(xiàn)減小-增大-減小-穩(wěn)定的分布特征。巷道圍巖采用錨桿或錨索支護(hù)后，錨桿與圍巖通過錨固作用和外端預(yù)應(yīng)力作用形成相應(yīng)的錨固體結(jié)構(gòu)，若將實(shí)際錨固體承載結(jié)構(gòu)中成組錨桿與圍巖形成的錨固體取出，那么錨固體原型頂部邊界的切向應(yīng)力隨著與巷道表面的距離變化而變化。

當(dāng)前錨固體相似材料模擬試驗(yàn)存在以下問題：目前此類試驗(yàn)系統(tǒng)適用的相似材料試件尺寸偏小，僅能反映錨固體原型中的少部分錨固體的變形和應(yīng)力狀態(tài)，無法全面測試錨桿全長作用范圍內(nèi)的巖體的力學(xué)特性，以及深部錨桿未作用區(qū)域的巖體的變形特性；若采用原有試驗(yàn)設(shè)備開展大尺寸錨固體的相似材料力學(xué)試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備整體剛性及加載設(shè)備剛性不足，無法準(zhǔn)確反映大尺寸錨固體相似材料的加卸載力學(xué)性能。當(dāng)前的試驗(yàn)系統(tǒng)頂部加卸載系統(tǒng)為一個(gè)加載油缸或多組加載油缸同步加卸，無法實(shí)現(xiàn)巷道開挖后錨固體模型頂部載荷隨距離的變化，同時(shí)也無法反映模型頂部載荷的分區(qū)變化特征，導(dǎo)致錨固體模型應(yīng)力邊界條件與現(xiàn)場錨固體原型的應(yīng)力邊界條件差異較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提供一種錨固體相似材料試驗(yàn)加載系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中錨固體相似材料試驗(yàn)加載系統(tǒng)無法適用錨固體相似材料試件，載荷不夠且頂部載荷無法反應(yīng)分區(qū)變化特征的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種錨固體相似材料試驗(yàn)加載系統(tǒng)，包括外部框架、內(nèi)部加載設(shè)備、采集終端以及控制終端，所述內(nèi)部加載設(shè)備設(shè)置于所述外部框架內(nèi)；