CN103760096B - 一种侧向加压相似模拟实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种侧向加压相似模拟实验装置及实验方法，属于一种相似模拟实验装置及实验方法。该装置包括可调节底座、立柱、千斤顶、和透明玻璃钢挡板，可调节底座两端与所述立柱底端焊接，千斤顶活柱上固定有钢板，千斤顶底部与可调节底座焊接，通过可调节底座上的千斤顶下降模拟煤层开采，透明玻璃钢挡板经立柱固定向模型施加侧向压力。该相似模拟实验装置及实验方法可实现侧向加压，能更真实、便捷地模拟煤层开挖覆岩移动的特征。
Description
技术领域
本发明属于一种相似模拟实验装置及实验方法，具体涉及一种可以实现侧向加压的相似模拟实验装置及实验方法。
背景技术
相似模拟试验是岩土、地质、矿山等领域进行科学试验研究的主要手段之一。基于相似模拟理论，通过对岩层、硐室、坝体、边坡、巷道等对象进行相似模拟，得出有关技术指标和参数，从而为生产实践提供科学依据。
目前实验室进行相似模拟研究所使用的主要为平面应力模型，平面应力模型具有模型铺装容易、实验测试方便、实验周期短、便于观察等优点。但平面模型架的厚度一般为20cm，且模型厚度方向两侧为自由面，不能真实模拟模型两侧水平受力情况。模拟煤层回采时，传统的开挖手段有具有工作量大、分步开挖进尺控制不准确等缺点。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而提供了一种侧向加压相似模拟实验装置及实验方法。该相似模拟实验装置及实验方法可实现对模型侧向加压，能更加真实地模拟煤层开挖等研究。
本发明的技术方案是：一种侧向加压自动开挖相似模拟实验装置及实验方法，包括可调节底座(1)、立柱(2)、千斤顶(3)和透明玻璃钢挡板(4)，可调节底座(1)两端与所述立柱(2)底端焊接，千斤顶(3)活柱上固定有钢板(9)，千斤顶(3)底部与可调节底座(1)焊接，通过可调节底座(1)上的千斤顶下降模拟煤层开采，透明玻璃钢挡板(4)经立柱(2)固定向模型施加侧向压力；所述的透明玻璃钢挡板(4)截面呈凸字形，与模拟岩层相接触的中间加压段较厚，与立柱相固定的两端固定段较薄；所述的透明玻璃钢挡板(4)两端固定段上设有固定螺栓孔(7)；所述的透明玻璃钢挡板(4)上均匀分布凸点；所述的透明玻璃钢挡板(4)中部加压段上固定有振弦式土压力计(5)；所述的透明玻璃钢挡板(4)反应不同煤岩层埋深条件下的侧压系数。
本发明有以下优点：本装置使用方便、成本较低，可以模拟模型两侧受力情况，极大的提高了相似模拟的准确性，同时该装置模拟煤层回采时能够通过千斤顶(3)带动钢板(9)下降模拟分步开挖过程，分步开挖进尺控制准确、工作量小。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。
图1为本发明实施例的主视图。
图2为图1的侧视图。
图3为图1的俯视图。
图4为透明玻璃钢挡板的主视图。
图5为透明玻璃钢挡板的俯视图。
具体实施方式
参照图1～图3，一种侧向加压自动开挖相似模拟实验装置及实验方法，包括可调节底座(1)、立柱(2)、透明玻璃钢挡板(4)，可调节底座(1)底部两侧与所述立柱(2)底端焊接，可调节底座(1)底部及立柱(2)均采用槽钢制作，立柱(2)槽钢腿部均布螺栓孔。可调节底座(1)上固定有若干个千斤顶(3)，模拟煤层分步回采时，模型底部不铺设煤层，使千斤顶(3)带动上方矩形钢板(9)降低模拟煤层分步回采。模型的前后两块透明玻璃钢挡板(4)利用长螺栓(8)穿过立柱(2)上的螺栓孔相固定，同时利用长螺栓(8)对两块透明玻璃钢挡板(4)的压力对模型进行侧向加压，透明玻璃钢挡板(4)反应不同埋深条件下侧压系数。
图4所示的透明玻璃钢挡板(4)的主视图，透明玻璃钢挡板(4)为刚性透明体，有利于实验过程中对模型进行观察；挡板两端各有两个螺栓孔(7)；挡板内侧均布凸点，均布的凸点能增加模拟岩层与透明玻璃钢挡板(4)间的摩擦系数，能真实模拟模型岩层竖向移动时源于两侧的约束力；透明玻璃钢挡板(4)内侧均匀固定了4个振弦式土压力计(5)，振弦式土压力计(5)有信号传输电缆(6)引出，通过压力读数装置掌握加压值，加压值可根据所模拟工程的真实地质条件计算得出。
图5所示的透明玻璃钢挡板(4)的俯视图，透明玻璃钢挡板(4)分为固定部分及加压部分，固定部分设于两端，长度等于立柱宽度，厚度约为10mm；挡板加压部分位于挡板中部，长度等于模型宽度，厚约30mm，并在内侧固定有4个振弦式土压力计(5)。
本发明模拟试验方法：
模型架准备就绪后，在该装置内由下而上依次铺设相似煤岩层，随着相似煤岩层的铺设，在立柱(2)两侧安装透明玻璃钢挡板(4)，此时透明玻璃钢挡板(4)可起到围挡相似煤岩层的作用。
按以上步骤铺设模型完毕并稳定后，根据所模拟工程的真实地质条件计算出需施加在模型上的竖向和水平荷载，竖向荷载可利用传统的水袋加压等方式施加，不同埋深的相似煤岩层水平荷载则需要紧固穿过透明玻璃钢挡板(4)和立柱(2)的长螺栓(8)的方式逐个施加，同时通过透明玻璃钢挡板(4)上所固定的振弦式土压力计(5)所传导出的压力值准确施加水平荷载。
对模型施加荷载完成后，通过依次降低可调节底座(1)上固定的千斤顶(3)模拟煤层分步开挖，上覆相似煤岩层在垂直荷载及重力的作用下开始移动，同时受透明玻璃钢挡板(4)所产生水平荷载及摩擦力的约束，真实的模拟了煤层开采过程中的覆岩移动情况。
模拟煤层分步开挖的同时，试验人员可透过透明玻璃钢挡板(4)观察相似煤岩层的移动情况，并可进行拍照记录及位移测量等工作。
Claims (6)
1.一种侧向加压相似模拟实验装置，其特征在于，包括底座（1）、立柱（2）、千斤顶（3）和透明玻璃钢挡板（4），底座（1）两端与所述立柱（2）底端焊接，千斤顶（3）活柱上固定有钢板（9），千斤顶（3）底部与底座（1）焊接，通过底座（1）上的千斤顶下降模拟煤层开采，透明玻璃钢挡板（4）通过长螺栓（8）与立柱（2）固定从而向模型施加侧向压力。
2.根据权利要求1所述的侧向加压相似模拟实验装置，其特征在于，所述的透明玻璃钢挡板（4）截面呈凸字形，与模拟岩层相接触的中间加压段较厚，与立柱相固定的两端固定段较薄。
3.根据权利要求1所述的侧向加压相似模拟实验装置，其特征在于，所述的透明玻璃钢挡板（4）两端固定段上设有固定螺栓孔（7）。
4.根据权利要求1所述的侧向加压相似模拟实验装置，其特征在于，所述的透明玻璃钢挡板（4）上均匀分布凸点。
5.根据权利要求1所述的侧向加压相似模拟实验装置，其特征在于，所述的透明玻璃钢挡板（4）中部加压段上固定有振弦式土压力计（5）。
6.根据权利要求1所述的侧向加压相似模拟实验装置，其特征在于，利用长螺栓对两块透明玻璃钢挡板（4）的压力对模型进行侧向加压，反映不同煤岩层埋深条件下的侧压系数。
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