[發明專利]一種固體充填物料大型可視化直剪實驗平臺

有效

• 申請號: 202011101627.8
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112213207B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 李俊孟;黃艷利;呂鳳圓;歐陽神央;翟文;馬昆;張偉光;常治國;李英順;高華東
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

1.一種固體充填物料大型可視化直剪實驗平臺，包括反力架、夯實機、垂直加載系統、剪切系統和數據監測系統 ；其特征是：

所述反力架由反力板及平臺底座組成，所述反力板由四根立柱支撐于平臺底座上方；

所述夯實機由兩個夯實機油缸、夯實機底座、水平推移油缸、滑道和夯實板組成；所述滑道設置在平臺底座上，所述夯實機底座滾動或滑動裝配在所述滑道上；所述兩個夯實機油缸并排設置在夯實機底座上，夯實機油缸的缸體后端部鉸接在夯實機底座上，夯實板固定在夯實機油缸缸桿的前端；所述水平推移油缸設置在兩個夯實機油缸之間，水平推移油缸的缸體固定在所述平臺底座上，水平推移油缸的杠桿前端連接夯實機底座；兩個夯實機油缸均設有調高油缸，所述調高油缸一端鉸接在夯實機底座，另一端鉸接在夯實機油缸的缸體上，夯實機底座、調高油缸與夯實機油缸構成三角支撐；

所述垂直加載系統由一級加載油缸、二級加載油缸、二級加載油缸底座、加載板、裝料口油缸和裝料板組成；所述一級加載油缸豎向設置在所述反力板的下方，一級加載油缸缸體安裝在反力板上；所述二級加載油缸底座安裝在一級加載油缸缸桿端部；所述二級加載油缸缸體安裝在二級加載油缸底座上并豎直向下；所述加載板鉸接在二級加載油缸缸桿端部；所述裝料口油缸缸體安裝在二級加載油缸底座上，位于二級加載油缸靠近夯實機的一側，所述裝料板鉸接在裝料口油缸缸桿端部；

所述剪切系統由上剪切盒和下剪切盒組成；

所述上剪切盒由方形頂環和若干方形疊環組成；所述方形頂環三個邊為整體結構，另一邊為可拆卸頂環長條擋板，且頂環長條擋板位于夯實機一側；所述方形頂環的四角設有套筒，四個套筒分別套裝在四根立柱上；所述方形疊環三個邊為整體結構，另一邊為可拆卸掃尾擋板；方形頂環和各方形疊環依次疊加在一起構成上剪切盒，所述掃尾擋板位于夯實機一側，各方形疊環與滑道平行的兩個邊的上表面開有滾珠滑道，滾珠滑道內設有滾珠；

所述下剪切盒為有底無頂蓋的箱體，其三個側面為整體，另一面由若干可拆卸的下剪切盒長條擋板疊加構成，下剪切盒長條擋板位于夯實機一側；下剪切盒與滑道平行的兩個面的頂部設滾珠滑道，滾珠滑道內設有滾珠；下剪切盒底部沿滑道方向設有滾輪；

所述數據監測系統，包括安裝在各夯實機油缸、二級加載油缸和裝料口油缸上的壓力傳感器，安裝在二級加載油缸底座與加載板之間的垂直位移傳感器、安裝在二級加載油缸底座與裝料板之間的垂直位移傳感器，以及安裝在下剪切盒與夯實機相對的一面中部的水平位移傳感器、上剪切盒各方形疊環與夯實機相對的一面的水平位移傳感器組成。

2.根據權利要求1所述一種固體充填物料大型可視化直剪實驗平臺，其特征是：所述二級加載油缸優選四個并呈正方形布置。

3.根據權利要求1所述一種固體充填物料大型可視化直剪實驗平臺，其特征是：所述裝料口油缸優選為兩個。

4.根據權利要求1所述一種固體充填物料大型可視化直剪實驗平臺，其特征是：所述方形頂環與相鄰方形疊環間、各方形疊環之間及最下部方形疊環與下剪切盒間均設有便捷卡扣。

5.根據權利要求1所述一種固體充填物料大型可視化直剪實驗平臺，其特征是：所述上剪切盒和下剪切盒均透明材質。

6.一種使用權利要求1-5之一所述固體充填物料大型可視化直剪實驗平臺進行固體充填物料大型可視化直剪實驗的方法，包括以下步驟：

步驟1. 啟動一級加載油缸使二級加載油缸底座下降，當最下面方形疊環的滾珠滑道與下剪切盒頂面的滾珠接觸時停止，關閉下剪切盒與相鄰方形疊環間的便捷卡扣，使上剪切盒與下剪切盒連接成整體結構；

步驟2. 啟動二級加載油缸使加載板下降至指定高度；

步驟3. 按設計要求進行第1輪裝料，之后將夯實機移近下剪切盒，對夯實機底座限位，按設計夯實角度及夯實力對固體充填物料進行第1輪夯實，直至物料頂部接觸加載板；

步驟4. 重復步驟3，進行第2、3、4…輪裝料和第2、3、4…輪夯實，并隨著裝料的進行，夯實機逐步后退，同時從下到上適時安裝下剪切盒長條擋板、掃尾擋板和頂環長條擋板，當物料裝滿填平之后，所有擋板安裝完畢，啟動裝料口油缸，使裝料板下降，當裝料板底面與加載板底面達到同一水平時停止；

步驟5. 開啟所有壓力傳感器和垂直位移傳感器，然后啟動并協同控制裝料口油缸和二級加載油缸，以位移控制的方式使裝料板和加載板同步下降對固體充填物料進行加載，當垂直應力達到設定值時停止加載；

步驟6. 調整夯實機油缸達到水平狀態，通過連結器連接夯實機夯實板與下剪切盒，打開下剪切盒、各方形疊環及方形頂環間的便捷卡扣，取消相互間的約束，準備對固體充填物料進行大型直剪實驗；

步驟7. 啟動水平位移傳感器，然后開啟夯實機，以位移控制加載方式推動下剪切盒對固體充填物料進行剪切，上剪切盒與下剪切盒分界處固體充填物料受剪切力運動時依次帶動上部疊環中的物料運動，當下剪切盒位移達到20cm時停止加載；

步驟8. 關閉所有傳感器，收縮夯實機油缸將下剪切盒拉回原位，并將各方形疊環對齊，同時收縮二級加載油缸和裝料口油缸將加載板和裝料板拉回原位，關閉下剪切盒、各方形疊環及方形頂環間的便捷卡扣，再次啟動相互間的約束，自上而下依次拆除頂環長條擋板、掃尾擋板和下剪切盒長條擋板，在側面進行卸料；

步驟9. 卸料完成后，所有油缸及部件歸復原位，以待下次實驗；

步驟10. 對數據監測系統采集與存儲的數據進行處理，得到夯實后固體充填物料的剪切強度參數。