CN108918812A - 一种岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层，在所述煤层(2)上方设置有含水层(3)，在所述含水层(3)中设置有含水层模拟***，所述含水层模拟***包括一端相连并呈螺旋状布置的出水管(301)和进水管(302)，所述出水管(301)的另一端与第一智能控压水箱(303)相连，所述进水管(302)的另一端与第二智能控压水箱(304)相连，在所述煤层(2)的上方设置有三层光学钻孔窥视仪(4)，分别设置在所述煤层(2)上方300mm，600mm和900mm处，每层包括3个所述光学钻孔窥视仪(4)。本发明的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架具有实验精度高，实验稳定性和可靠性强，结构简单科学，成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿及教育领域，特别是涉及一种岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架。
背景技术
三维物理模拟试验可以解决模型边界效应、加载及测试等问题，这对于具有含水层的矿区模拟更为直观，因为水的流动性较强，如果忽略边界效，那么对于实验结果的精度是个很大的损失，同时需要考虑含水层赋存、开采地质力学条件及煤岩体结构特征，目前很多学者和科研机构都对此展开了研究，但是很难突破含水层***稳定性和高精度的特性，同时，对于整个实验过程中对于含水层的保护和使用的相关方法和结构等都没有过多的研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架。
一种岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，包括模拟架和设置在其中的煤层和其他多个岩层，在所述煤层上方设置有含水层，在所述含水层中设置有含水层模拟***，所述含水层模拟***包括一端相连并呈螺旋状布置的出水管和进水管，所述出水管的另一端与第一智能控压水箱相连，所述进水管的另一端与第二智能控压水箱相连，所述含水层模拟***整体为椭圆形，在所述进水管和所述出水管的底部设置有喷水孔，在所述喷水孔上覆盖有塑胶贴纸；
在所述煤层的上方设置有三层光学钻孔窥视仪，分别设置在所述煤层上方300mm，600mm和900mm处，每层包括3个所述光学钻孔窥视仪。
本发明所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其中，所述喷水孔的设置方式为：在穿过椭圆中心的5条直线上，所有直线与所述进水管和所述出水管的相交处均设置有所述喷水孔，所述5条直线中，相邻的两条直线之间的角度均为36°。
本发明所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其中，所述第一智能控压水箱和所述第二智能控压水箱的控压区间为0-4MPa，压力最大控制精度为0.1MPa，控制方式为：初始时，所述第一智能控压水箱的压力比所述第二智能控压水箱的压力大0.3MPa，当采煤模拟***推采超过500mm时，开始升压，保持所述第一智能控压水箱的压力比所述第二智能控压水箱的压力大1MPa以上；
所述椭圆形的左右方向最长边为1750mm，上下方向最长边为1500mm，所述出水管和所述进水管的最大间距为200mm，所述出水管和所述进水管的截面为正方形，边长为20mm，所述喷水孔的直径为1mm，所述塑胶贴纸的宽度为20mm，厚度为1-2mm。
本发明所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其中，3个所述光学钻孔窥视仪中一个位于所述模拟架长度方向的中间位置，两个在两侧，从下至上每层中相邻两个所述光学钻孔窥视仪之间的距离分别为1200mm、800mm和400mm。
本发明所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架还包括智能骨料装载压实***，所述智能骨料装载压实***包括支撑杆、U型骨料喷射装置和压实滚轮；
所述支撑杆水平设置在所述模拟架的上部，所述U型骨料喷射装置包括骨料仓和搅拌轴，所述骨料仓由呈U字型设置的第一挡板和第二挡板构成，所述第一挡板的长度大于所述第二挡板的长度，所述第一挡板和第二挡板之间通过前侧板和后侧板连接，形成用于容纳骨料的仓体，在所述骨料仓的底部设置有缺口，在所述前侧板和所述后侧板之间固定有所述搅拌轴，在所述搅拌轴上均匀设置有多个凹槽，所述搅拌轴设置为分别与所述第一挡板和所述第二挡板内切，所述第一挡板的顶端与所述支撑杆活动连接；
所述支撑杆为前后两根；在所述前侧板的外侧设置有电机，所述电机与智能控速***连接，所述电机的转动轴与所述搅拌轴的转动轴之间通过皮带连接，所述电机的转动轴的直径为30mm，所述搅拌轴的转动轴的直径为150mm；所述压实滚轮的尺寸为外径0.3m，内径0.29m，长度2595mm，铁质，重量：380kg。
本发明所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其中，岩层的铺设过程采用所述智能骨料装载压实***，首先采用搅拌机对骨料进行搅拌，搅拌均匀后按照需要量缓慢倒入U型骨料仓，U型骨料仓通过均匀分配，浇筑每层的骨料；所述智能骨料装载压实***在使用时，压实滚轮在中间靠右的部分，U型骨料喷射装置以一定的喷射速率和一定的运移速度向右喷射骨料，达到中间位置时，停止喷射骨料和运移，将所述压实滚轮缓慢近乎匀速的移动到左边，然后所述U型骨料喷射装置重新开始喷射骨料和运移，完成骨料铺设后，继续将所述压实滚轮缓慢近乎匀速的从左边移到右边，然后所述U型骨料喷射装置又缓慢匀速地从右边移到左边，开始下一层铺设。
本发明所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其中，在所述煤层的上方设置有3个包括裂隙的裂隙带，从下至上依次为第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，长和宽依次为4000×1300mm、3000×900mm和2000×600mm；
所述裂隙采用裂隙预制装置制作而成，所述裂隙预制装置包括按压把手、底座和设置在二者之间的弹性夹层，所述按压把手为长方体，包括四个第一侧壁和顶板，所述底座为长方体，包括四个第二侧壁和底板，所述按压把手和所述底座之间通过多个弹性塑胶相连，且所述按压把手和所述底座之间具有一定的间隔，形成所述弹性夹层；所述裂隙预制装置包括多个裂隙制作部，所述裂隙制作部包括固定轴、助推刀片、裂隙刀片和滑道；
所述固定轴位于所述按压把手的内部，两端分别固定在位于前侧和后侧的所述第一侧壁上，所述滑道为长条形的中空结构，固定在所述底座内，所述滑道为两个，分别设置在所述固定轴的左右两侧，所述助推刀片为两个，上端连接在所述固定轴上，每个所述助推刀片的下端均连接有一个裂隙刀片，所述裂隙刀片贯穿在所述滑道中；
所述裂隙预制装置包括第一控制轴、第二控制轴、第三控制轴和第四控制轴，所述第一控制轴与所有的裂隙制作部的位于左侧的滑道的下端相连，所述第三控制轴与所有的裂隙制作部的位于左侧的滑道的上端相连，在所述底座的左侧设置有两个第一通孔，所述第一控制轴和所述第三控制轴的左端分别从两个所述第一通孔中穿出，且通过杆体相连，所述杆体与所述第一控制轴和所述第三控制轴的左端铰接，所述第二控制轴与所有的裂隙制作部的位于右侧的滑道的下端相连，所述第四控制轴与所有的裂隙制作部的位于右侧的滑道的上端相连，在所述底座的右侧设置有两个第二通孔，所述第二控制轴和所述第四控制轴的右端分别从两个所述第二通孔中穿出，且通过杆体相连，所述杆体与所述第二控制轴和所述第四控制轴的右端铰接；在所述底座的底板上设置有多个供所述裂隙刀片穿过的长条形通孔。
本发明所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其中，所述按压把手的所述顶板长为800mm，宽为200mm，厚为45mm，所述第一侧壁的高度为55mm，材质为塑料；所述底座的所述底板的长为800mm，宽为200mm，厚为200mm，所述第二侧壁的高度为15mm；所述弹性塑胶的高度为200mm，前后长度为200mm，左右宽为20mm，在10kg压力下压缩范围小于100mm；
所述助推刀片的上下长为140mm，厚为3mm，前后宽为200mm，所述裂隙刀片的上下长为300mm，厚为1.5mm，前后宽为200mm；所述滑道的长为150mm，壁厚为2mm，前后宽为200mm，中空的厚度为3.5mm；所述助推刀片、所述裂隙刀片和所述滑道的材质为铁。
本发明所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其中，所述模拟架为长方体结构，在其内部的底部设置有复合土工排水体，在所述模拟架的底部设置有多个渗水孔，在所述模拟架的底部的外侧设置有渗透水箱，覆盖所有的所述渗水孔，在所述渗透水箱上设置有控压阀。
本发明所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其中，所述模拟架的长宽高分别为4000mm、2500mm和3000mm，所述渗水孔的设置方式为：
以所述模拟架底板的中心为圆心呈圆形分布，有多个同心圆，最小的圆直径为200mm，所述渗水孔数量为10个，以此往外每一个圆直径增加100mm，所述渗水孔数量增加2个，最外面的一个圆直径为2000mm，所述渗水孔数量为46个；
所述渗水孔的直径为2mm，所述渗透水箱为圆形，直径为2200mm；高度为120mm；所述复合土工排水体由高压聚乙烯挤压加工而成，两面具有不同的肋条和沟槽，其空隙率为80-95％，250KPa压力下，其压缩率低于10％。
本发明岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架与现有技术不同之处在于：
本发明岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架实现了两条供水路线螺旋状分布，二者相辅相成，当一条螺旋状供水管路坏了时，可以依靠智能控压水箱加大水压，实现水流量控制；
螺旋状的分布符合实际突水状况中，中间区域突水多，突水口密集，且逐步往外，岩层垮落逐渐变小，突水口的数量也就越来越分散。
本发明煤矿中包含螺旋放射状含水层的教学模拟装置是一种相对精密的***，在整个实验过程中，铺料、抚料以及压实过程中都设计了相关的结构和装置，充分保证实验***的安全稳定可靠，且提高了实验效果和精度。
下面结合附图对本发明的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架作进一步说明。
附图说明
图1为本发明岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架的结构示意图；
图2为本发明中含水层模拟***的结构示意图；
图3为本发明中智能骨料装载压实***的结构示意图；
图4为本发明中裂隙预制装置的结构示意图；
图5为本发明中渗透水箱的结构示意图；
图6为本发明中渗水孔的布置图。
具体实施方式
如图1～图6所示，本发明岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架包括模拟架1和设置在其中的煤层2和其他多个岩层，在煤层2上方设置有含水层3，在含水层3中设置有含水层模拟***，含水层模拟***包括一端相连并呈螺旋状布置的出水管301和进水管302，出水管301的另一端与第一智能控压水箱303相连，进水管302的另一端与第二智能控压水箱304相连，含水层模拟***整体为椭圆形，在进水管302和出水管301的底部设置有喷水孔305，在喷水孔305上覆盖有塑胶贴纸。在煤层2的上方设置有三层光学钻孔窥视仪4，分别设置在煤层2上方300mm，600mm和900mm处，每层包括3个光学钻孔窥视仪4。
以下为优选技术方案：
喷水孔305的设置方式为：在穿过椭圆中心的5条直线上，所有直线与进水管302和出水管301的相交处均设置有喷水孔305，5条直线中，相邻的两条直线之间的角度均为36°。
第一智能控压水箱303和第二智能控压水箱304的控压区间为0-4MPa，压力最大控制精度为0.1MPa，控制方式为：初始时，第一智能控压水箱303的压力比第二智能控压水箱304的压力大0.3MPa，当采煤模拟***推采超过500mm时，开始升压，保持第一智能控压水箱303的压力比第二智能控压水箱304的压力大1MPa以上；
椭圆形的左右方向最长边为1750mm，上下方向最长边为1500mm，出水管301和进水管302的最大间距为200mm，出水管301和进水管302的截面为正方形，边长为20mm，喷水孔305的直径为1mm，塑胶贴纸的宽度为20mm，厚度为1-2mm。
开始时，塑胶贴纸贴在进水管302和出水管301的底侧面上，当模拟开采之后，随着底板跨落后下沉，在水压作用下，塑胶贴纸与喷水孔305分离，塑胶贴纸与喷水孔305之间水压超过1MPa即可分离，这样充分模拟了真实情况下的含水层透水量，即垮落越充分，透水量越大。
3个光学钻孔窥视仪4中，一个位于模拟架1长度方向的中间位置，两个在两侧，从下至上每层中相邻两个光学钻孔窥视仪4之间的距离分别为1200mm、800mm和400mm。
本发明还包括智能骨料装载压实***，其具体包括支撑杆21、U型骨料喷射装置22和压实滚轮23；
支撑杆21水平设置在模拟架1的上部，U型骨料喷射装置22包括骨料仓和搅拌轴24，骨料仓由呈U字型设置的第一挡板25和第二挡板26构成，第一挡板25的长度大于第二挡板26的长度，第一挡板25和第二挡板26之间通过前侧板和后侧板连接，形成用于容纳骨料的仓体，在骨料仓的底部设置有缺口27，在前侧板和后侧板之间固定有搅拌轴24，在搅拌轴24上均匀设置有多个凹槽，搅拌轴24设置为分别与第一挡板25和第二挡板26内切，第一挡板25的顶端与支撑杆21活动连接；
支撑杆21为前后两根；在前侧板的外侧设置有电机，电机与智能控速***连接，电机的转动轴与搅拌轴24的转动轴之间通过皮带连接，电机的转动轴的直径为30mm，搅拌轴24的转动轴的直径为150mm；压实滚轮23的尺寸为外径0.3m，内径0.29m，长度2595mm，铁质，重量：380kg。
这样的***设计原因有两个：首先三维模型面积大，人工铺设骨料不均匀，压实也不均匀，特别是面积大，造成了认为很难判断到底哪里高哪里低，哪里松哪里密实，而U型骨料喷射装置22以一定的出料速度，根据岩层厚度即可确定需要的运移速度，因此当U型骨料喷射装置22从左运移到右，控制住骨料刚好喷洒完全，保证喷洒骨料的均匀性，而通过缓慢近乎匀速的人工推动压实滚轮也保证了压实的均匀性；其次，缓慢近乎匀速的人工推动压实滚轮23，对于水袋模拟地下水库非常重要，因为水的流动性，当以传统方式砸实铺设的骨料时，水的流动性会造成前面砸好的骨料反弹松散，效果适得其反，因此整个设计非常适合带水的相似模拟实验。
岩层的铺设过程采用智能骨料装载压实***，首先采用搅拌机对骨料进行搅拌，搅拌均匀后按照需要量缓慢倒入U型骨料仓，U型骨料仓通过均匀分配，浇筑每层的骨料；智能骨料装载压实***在使用时，压实滚轮23在中间靠右的部分，U型骨料喷射装置22以一定的喷射速率和一定的运移速度向右喷射骨料，达到中间位置时，停止喷射骨料和运移，将压实滚轮23缓慢近乎匀速的移动到左边，然后U型骨料喷射装置22重新开始喷射骨料和运移，完成骨料铺设后，继续将压实滚轮23缓慢近乎匀速的从左边移到右边，然后U型骨料喷射装置22又缓慢匀速地从右边移到左边，开始下一层铺设。
在煤层2的上方设置有3个包括裂隙的裂隙带，从下至上依次为第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，长和宽依次为4000×1300mm、3000×900mm和2000×600mm。
裂隙采用裂隙预制装置制作而成，裂隙预制装置包括按压把手601、底座602和设置在二者之间的弹性夹层，按压把手601为长方体，包括四个第一侧壁和顶板，底座602为长方体，包括四个第二侧壁和底板，按压把手601和底座602之间通过多个弹性塑胶603相连，且按压把手601和底座602之间具有一定的间隔，形成弹性夹层；裂隙预制装置包括多个裂隙制作部，裂隙制作部包括固定轴604、助推刀片605、裂隙刀片606和滑道607；
固定轴604位于按压把手601的内部，两端分别固定在位于前侧和后侧的第一侧壁上，滑道607为长条形的中空结构，固定在底座602内，滑道607为两个，分别设置在固定轴604的左右两侧，助推刀片605为两个，上端连接在固定轴604上，每个助推刀片605的下端均连接有一个裂隙刀片606，裂隙刀片606贯穿在滑道607中；
裂隙预制装置包括第一控制轴609、第二控制轴610、第三控制轴612和第四控制轴613，第一控制轴609与所有的裂隙制作部的位于左侧的滑道607的下端相连，第三控制轴612与所有的裂隙制作部的位于左侧的滑道607的上端相连，在底座602的左侧设置有两个第一通孔，第一控制轴609和第三控制轴612的左端分别从两个第一通孔中穿出，且通过杆体611相连，杆体611与第一控制轴609和第三控制轴612的左端铰接，第二控制轴610与所有的裂隙制作部的位于右侧的滑道607的下端相连，第四控制轴613与所有的裂隙制作部的位于右侧的滑道607的上端相连，在底座602的右侧设置有两个第二通孔，第二控制轴610和第四控制轴613的右端分别从两个第二通孔中穿出，且通过杆体611相连，杆体611与第二控制轴610和第四控制轴613的右端铰接；在底座602的底板上设置有多个供裂隙刀片606穿过的长条形通孔。通过推动杆体611，使其向左或者向右倾斜，从而控制裂隙刀片606的方向；助推刀片605可在按压把手601向下移动时，改变自身的角度，从而将裂隙刀片606压出而不改变裂隙刀片606的方向或者极其微小的改变角度但不影响使用，
按压把手601的顶板长为800mm，宽为200mm，厚为45mm，第一侧壁的高度为55mm，材质为塑料；底座602的底板的长为800mm，宽为200mm，厚为200mm，第二侧壁的高度为15mm；弹性塑胶603的高度为200mm，前后长度为200mm，左右宽为20mm，在10kg压力下压缩范围小于100mm，主要是支撑作用，反弹以及保护；
助推刀片605的上下长为140mm，厚为3mm，前后宽为200mm，裂隙刀片606的上下长为300mm，厚为1.5mm，前后宽为200mm；滑道607的长为150mm，壁厚为2mm，前后宽为200mm，中空的厚度为3.5mm；助推刀片605、裂隙刀片606和滑道607的材质为铁。
采用本发明的裂隙预制装置进行各种形状的裂隙的制作方法：
Λ型裂隙：
按照实验制定要求铺设模拟岩层骨料，抚料、铺平并压实，铺设到需要预制裂隙的岩层时，开始使用裂隙预制装置制作裂隙；
按照实验制定的裂隙密度的要求，通过旋转杆体611，扩大或者减小滑道607在底座602露出部分的距离，达到实验需求；
调整好的裂隙预制装置贴放在模拟岩层的上方，缓慢匀速的按下按压把手601，按照实验制定的裂隙长度的要求，往下按压的距离等于裂隙的长度，整个过程中切不可让裂隙预制装置发生侧向的滑动，然后缓慢的释放按压把手601，收回裂隙刀片606；将裂隙预制装置拿起，在沿着装置长度方向移动一个裂隙间距的距离处放下裂隙预制装置，即L，贴放在模拟岩层的上方，缓慢匀速的按下按压把手601，按照实验制定的裂隙长度的要求，往下按压的距离等于裂隙的长度，整个过程中切不可让裂隙预制装置发生侧向的滑动，然后缓慢的释放，这样，完成Λ型裂隙一个模型量的预制，根据实验需要的面积，按照上述方式完成多个模型裂隙预制的量即可。
以上仅是举例，还可以根据相似的方法调整后得到V型裂隙，W型裂隙、M型裂隙和波浪型裂隙。
模拟架1为长方体结构，在其内部的底部设置有复合土工排水体901，在模拟架1的底部设置有多个渗水孔902，在模拟架1的底部的外侧设置有渗透水箱903，覆盖所有的渗水孔902，在渗透水箱903上设置有控压阀904。
模拟架1的长宽高分别为4000mm、2500mm和3000mm，渗水孔902的设置方式为：
以模拟架1底板的中心为圆心呈圆形分布，有多个同心圆，最小的圆直径为200mm，渗水孔902数量为10个，以此往外每一个圆直径增加100mm，渗水孔902数量增加2个，最外面的一个圆直径为2000mm，渗水孔902数量为46个；
渗水孔902的直径为2mm，渗透水箱903为圆形，直径为2200mm；高度为120mm；复合土工排水体901由高压聚乙烯挤压加工而成，两面具有不同的肋条和沟槽，以适应含水和排水需要，相对其它软质塑料板材具有很好的刚度，对保持排水腔有利，材质比重较小，成本低廉，由于是立体结构，其空隙率为80-95％，250KPa压力下，其压缩率低于10％，不存在不通水的问题，无需考虑会被土压力压坏。复合土工排水体901成本低廉，其空隙率高，效果十分出众。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其特征在于：包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层，在所述煤层(2)上方设置有含水层(3)，在所述含水层(3)中设置有含水层模拟***，所述含水层模拟***包括一端相连并呈螺旋状布置的出水管(301)和进水管(302)，所述出水管(301)的另一端与第一智能控压水箱(303)相连，所述进水管(302)的另一端与第二智能控压水箱(304)相连，所述含水层模拟***整体为椭圆形，在所述进水管(302)和所述出水管(301)的底部设置有喷水孔(305)，在所述喷水孔(305)上覆盖有塑胶贴纸；
在所述煤层(2)的上方设置有三层光学钻孔窥视仪(4)，分别设置在所述煤层(2)上方300mm，600mm和900mm处，每层包括3个所述光学钻孔窥视仪(4)。
2.根据权利要求1所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其特征在于：所述喷水孔(305)的设置方式为：在穿过椭圆中心的5条直线上，所有直线与所述进水管(302)和所述出水管(301)的相交处均设置有所述喷水孔(305)，所述5条直线中，相邻的两条直线之间的角度均为36°。
3.根据权利要求2所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其特征在于：所述第一智能控压水箱(303)和所述第二智能控压水箱(304)的控压区间为0-4MPa，压力最大控制精度为0.1MPa，控制方式为：初始时，所述第一智能控压水箱(303)的压力比所述第二智能控压水箱(304)的压力大0.3MPa，当采煤模拟***推采超过500mm时，开始升压，保持所述第一智能控压水箱(303)的压力比所述第二智能控压水箱(304)的压力大1MPa以上；
所述椭圆形的左右方向最长边为1750mm，上下方向最长边为1500mm，所述出水管(301)和所述进水管(302)的最大间距为200mm，所述出水管(301)和所述进水管(302)的截面为正方形，边长为20mm，所述喷水孔(305)的直径为1mm，所述塑胶贴纸的宽度为20mm，厚度为1-2mm。
4.根据权利要求3所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其特征在于：3个所述光学钻孔窥视仪(4)中一个位于所述模拟架(1)长度方向的中间位置，两个在两侧，从下至上每层中相邻两个所述光学钻孔窥视仪(4)之间的距离分别为1200mm、800mm和400mm。
5.根据权利要求1所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其特征在于：还包括智能骨料装载压实***，所述智能骨料装载压实***包括支撑杆(21)、U型骨料喷射装置(22)和压实滚轮(23)；
所述支撑杆(21)水平设置在所述模拟架(1)的上部，所述U型骨料喷射装置(22)包括骨料仓和搅拌轴(24)，所述骨料仓由呈U字型设置的第一挡板(25)和第二挡板(26)构成，所述第一挡板(25)的长度大于所述第二挡板(26)的长度，所述第一挡板(25)和第二挡板(26)之间通过前侧板和后侧板连接，形成用于容纳骨料的仓体，在所述骨料仓的底部设置有缺口(27)，在所述前侧板和所述后侧板之间固定有所述搅拌轴(24)，在所述搅拌轴(24)上均匀设置有多个凹槽，所述搅拌轴(24)设置为分别与所述第一挡板(25)和所述第二挡板(26)内切，所述第一挡板(25)的顶端与所述支撑杆(21)活动连接；
所述支撑杆(21)为前后两根；在所述前侧板的外侧设置有电机，所述电机与智能控速***连接，所述电机的转动轴与所述搅拌轴(24)的转动轴之间通过皮带连接，所述电机的转动轴的直径为30mm，所述搅拌轴(24)的转动轴的直径为150mm；所述压实滚轮(23)的尺寸为外径0.3m，内径0.29m，长度2595mm，铁质，重量：380kg。
6.根据权利要求5所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其特征在于：岩层的铺设过程采用所述智能骨料装载压实***，首先采用搅拌机对骨料进行搅拌，搅拌均匀后按照需要量缓慢倒入U型骨料仓，U型骨料仓通过均匀分配，浇筑每层的骨料；所述智能骨料装载压实***在使用时，压实滚轮(23)在中间靠右的部分，U型骨料喷射装置(22)以一定的喷射速率和一定的运移速度向右喷射骨料，达到中间位置时，停止喷射骨料和运移，将所述压实滚轮(23)缓慢近乎匀速的移动到左边，然后所述U型骨料喷射装置(22)重新开始喷射骨料和运移，完成骨料铺设后，继续将所述压实滚轮(23)缓慢近乎匀速的从左边移到右边，然后所述U型骨料喷射装置(22)又缓慢匀速地从右边移到左边，开始下一层铺设。
7.根据权利要求6所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其特征在于：在所述煤层(2)的上方设置有3个包括裂隙的裂隙带，从下至上依次为第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，长和宽依次为4000×1300mm、3000×900mm和2000×600mm；
所述裂隙采用裂隙预制装置制作而成，所述裂隙预制装置包括按压把手(601)、底座(602)和设置在二者之间的弹性夹层，所述按压把手(601)为长方体，包括四个第一侧壁和顶板，所述底座(602)为长方体，包括四个第二侧壁和底板，所述按压把手(601)和所述底座(602)之间通过多个弹性塑胶(603)相连，且所述按压把手(601)和所述底座(602)之间具有一定的间隔，形成所述弹性夹层；所述裂隙预制装置包括多个裂隙制作部，所述裂隙制作部包括固定轴(604)、助推刀片(605)、裂隙刀片(606)和滑道(607)；
所述固定轴(604)位于所述按压把手(601)的内部，两端分别固定在位于前侧和后侧的所述第一侧壁上，所述滑道(607)为长条形的中空结构，固定在所述底座(602)内，所述滑道(607)为两个，分别设置在所述固定轴(604)的左右两侧，所述助推刀片(605)为两个，上端连接在所述固定轴(604)上，每个所述助推刀片(605)的下端均连接有一个裂隙刀片(606)，所述裂隙刀片(606)贯穿在所述滑道(607)中；
所述裂隙预制装置包括第一控制轴(609)、第二控制轴(610)、第三控制轴(612)和第四控制轴(613)，所述第一控制轴(609)与所有的裂隙制作部的位于左侧的滑道(607)的下端相连，所述第三控制轴(612)与所有的裂隙制作部的位于左侧的滑道(607)的上端相连，在所述底座(602)的左侧设置有两个第一通孔，所述第一控制轴(609)和所述第三控制轴(612)的左端分别从两个所述第一通孔中穿出，且通过杆体(611)相连，所述杆体(611)与所述第一控制轴(609)和所述第三控制轴(612)的左端铰接，所述第二控制轴(610)与所有的裂隙制作部的位于右侧的滑道(607)的下端相连，所述第四控制轴(613)与所有的裂隙制作部的位于右侧的滑道(607)的上端相连，在所述底座(602)的右侧设置有两个第二通孔，所述第二控制轴(610)和所述第四控制轴(613)的右端分别从两个所述第二通孔中穿出，且通过杆体(611)相连，所述杆体(611)与所述第二控制轴(610)和所述第四控制轴(613)的右端铰接；在所述底座(602)的底板上设置有多个供所述裂隙刀片(606)穿过的长条形通孔。
8.根据权利要求7所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其特征在于：所述按压把手(601)的所述顶板长为800mm，宽为200mm，厚为45mm，所述第一侧壁的高度为55mm，材质为塑料；所述底座(602)的所述底板的长为800mm，宽为200mm，厚为200mm，所述第二侧壁的高度为15mm；所述弹性塑胶(603)的高度为200mm，前后长度为200mm，左右宽为20mm，在10kg压力下压缩范围小于100mm；
所述助推刀片(605)的上下长为140mm，厚为3mm，前后宽为200mm，所述裂隙刀片(606)的上下长为300mm，厚为1.5mm，前后宽为200mm；所述滑道(607)的长为150mm，壁厚为2mm，前后宽为200mm，中空的厚度为3.5mm；所述助推刀片(605)、所述裂隙刀片(606)和所述滑道(607)的材质为铁。
9.根据权利要求8所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其特征在于：所述模拟架(1)为长方体结构，在其内部的底部设置有复合土工排水体(901)，在所述模拟架(1)的底部设置有多个渗水孔(902)，在所述模拟架(1)的底部的外侧设置有渗透水箱(903)，覆盖所有的所述渗水孔(902)，在所述渗透水箱(903)上设置有控压阀(904)。
10.根据权利要求9所述的岩土实验和教学中包含螺旋放射状含水层的试验架，其特征在于：所述模拟架(1)的长宽高分别为4000mm、2500mm和3000mm，所述渗水孔(902)的设置方式为：
以所述模拟架(1)底板的中心为圆心呈圆形分布，有多个同心圆，最小的圆直径为200mm，所述渗水孔(902)数量为10个，以此往外每一个圆直径增加100mm，所述渗水孔(902)数量增加2个，最外面的一个圆直径为2000mm，所述渗水孔(902)数量为46个；
所述渗水孔(902)的直径为2mm，所述渗透水箱(903)为圆形，直径为2200mm；高度为120mm；所述复合土工排水体(901)由高压聚乙烯挤压加工而成，两面具有不同的肋条和沟槽，其空隙率为80-95％，250KPa压力下，其压缩率低于10％。
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2018
- 2018-05-14 CN CN201810453842.0A patent/CN108918812A/zh active Pending
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