CN203870090U - 一种可拆卸的二维相似材料试验台 - Google Patents

Abstract

一种可拆卸的二维相似材料试验台，由下横梁、上横梁、边立柱及工作面挡板组成，还包括可移动中柱和液压柱吊圈。其中，下横梁、上横梁和边立柱之间均为焊接连接。构成了矩形框架，在下横梁的上侧和上横梁的下侧分别设有下横梁中柱滚轮槽和上横梁中柱滚轮槽，可移动中柱可以在立柱间移动，能够将本实用新型分为多个工作区域，实现同时进行多个实验的目的。

Description

一种可拆卸的二维相似材料试验台

技术领域

本实用新型涉及二维相似材料试验装置，具体是一种可拆卸的二维相似材料试验台。

背景技术

相似模拟实验是解决地下及采矿工程问题科学而有效的研究手段之一。由于经济技术的不断发展，岩土工程所提出的问题日益复杂和繁琐。用数学方法很难得到精确的解析解，只能作一些假设与简化再求解，因而带来一些误差。于是人们不得不通过实验的方法来探求那些靠数学方法无法研究的复杂现象的规律性。但是直接的实验的方法有很大的局限性，其实验的结果只能推广到与实验条件完全相同的实际问题中去，这种实验方法常常只能得出个别量的表面规律性关系，难以抓住现象的内在本质。“相似模拟”正是为解决这些问题而产生的，它不直接研究自然现象或过程的本身，而是研究与这些自然现象或过程相似的模型，它是理论与实际密切相结合的科学研究方法，是解决一些比较复杂的生产工程问题的一种有效方法。相似模拟试验是以相似理论【几何相似，物理条件（水分，强度，硬度等）相似，物理现象（速度，加速度，坍塌等）相似，时间相似等等】分析作为依据的实验研究方法。由于模拟试验可人为控制和改变试验条件，从而可确定单因素或多因素对矿山压力影响的规律。二维相似材料模拟试验台是对矿山开采的压力、变形等参数模拟的有效装置，但普通的的二维相似材料模拟试验台主要存在下列问题。

1、宽度尺寸是固定的，因此其模拟试验的宽度也是确定的，无法满足宽度灵活变化的要求，当研究两个巷道之间煤体在开采条件下的应力变化时，通过煤体内的应力计记录的数据，进行压力峰值的位置的确定，进行相应的安全措施。如果相似实验几何比一定的情况下，不同工作面就需要不同宽度的相似模拟试验台，因此很有改变宽度的必要。名称为“一种可调节相似模拟实验装置”（申请日：2012.6.26，公开号：CN 102768146 A）的发明专利申请文件所公开的技术方案，虽然也可以调节宽度，但是其宽度调节幅度有严格限制，只有几个固定宽度可以调节，无法实现宽度小幅度灵活调整，而且宽度调节操作比较复杂。

2、现有二维相似材料模拟试验台只能一台一试验，无法实现一台多试验，造成现成试验设备的浪费，严重影响试验效率，如果需要开展对比试验，现有设备更是捉襟见肘，无法短时间完成试验，而且除了效率低下外，因对比实验受设备限制无法在同时间内完成，其对比结果的准确性也受到影响。

3、现有二维相似材料模拟试验台中都是垂直边界模拟，无法进行倾斜边界模拟，导致其模拟范围受到严重限制。

发明内容

本实用新型是一种可拆卸的二维相似材料试验台，由下横梁、上横梁、边立柱及工作面挡板组成，还包括可移动中柱和液压柱吊圈。其中，下横梁、上横梁和边立柱之间均为焊接连接。构成了矩形框架，在下横梁的上侧和上横梁的下侧分别设有下横梁中柱滚轮槽和上横梁中柱滚轮槽，在下横梁滚轮槽和上横梁滚轮槽侧面还分别设有多个下横梁固定孔和上横梁固定孔，孔距均为20cm ,能够满足模型宽度变化基本单位为20cm的试验要求，可以满足各类相似模拟实验。可移动中柱上下两端分别设有上滚轮、下滚轮，所述上滚轮、下滚轮可以在下横梁滚轮槽和上横梁滚轮槽内滚动，可移动中柱能够通过滚轮的滚动实现在边立柱之间移动，当移动到所需位置时使用滚轮固定螺栓将可移动中柱固定在相应下横梁固定孔和上横梁固定孔所在位置。可移动中柱位置固定后，将本实用新型分为多个工作区域。所述工作面挡板在每个工作区域的前后分别设置，每个工作面挡板两端设有工作面挡板固定孔，通过工作面挡板固定螺栓可以将工作面挡板与设置在可移动中柱上的可移动中柱固定孔和设置在边立柱上的边立柱固定孔进行连接固定，工作面挡板与下横梁和上横梁保持平行。在下横梁顶面还覆盖有多块倒“山”形下横梁盖板，下横梁盖板覆盖宽度与下横梁宽度相配合，下横梁盖板中部突出物宽度与下横梁滚轮槽宽度相配合，每块下横梁盖板所覆盖的下横梁长度与下横梁固定孔间距一致，为20cm。多块下横梁盖板连续覆盖在下横梁上以后，一方面可以限制可移动中柱的左右移动，帮助可移动中柱进行固定，另一面可以在下横梁上表面形成平整的工作面，以利于相似材料在下横梁盖板上表面进行布置。在上横梁的上部还设有液压柱吊圈滚轮槽，液压柱吊圈套于上横梁，并且可以沿上横梁自由移动，液压柱吊圈上部还设有液压柱吊圈滚轮，液压柱吊圈滚轮通过液压柱吊圈滚轮轴与液压柱吊圈相连，液压柱吊圈滚轮可以绕液压柱滚轮轴转动，液压柱吊圈滚轮宽度与上横梁液压柱吊圈滚轮槽宽度相配合，在液压柱吊圈下侧设有液压柱。在液压柱吊圈上还设有液压柱吊圈固定螺栓孔，通过液压柱吊圈固定螺栓可以将液压柱吊圈固定在相应上横梁固定孔所在位置。液压柱可以对模拟材料进行加压，能够实现各种模拟压力要求。本实用新型宽度为5~7米，可以满足各类常见模拟宽度要求，同时还可以实现同时做2-3个试验，提高设备使用效率，高度为1.6~2.0米，能够满足各类常用试验材料的刚度要求。

作为改进，可移动中柱的优选数量为2。2个可移动中柱将本实用新型分为3个工作区域，而且每个工作区域的宽度都可以进行调整，可以满足各类试验宽度需求，而且所述3个工作区域既可以分别进行试验，还可以同时进行试验，能够大大提高试验效率。

作为改进，可移动中柱和下横梁之间的夹角优选90度，可以用于模拟垂直边界情况。

作为改进，可移动中柱和下横梁之间的夹角优选60度-80度，通过调整可移动中柱的长度及可移动中柱上下端的固定位置可以实现上述角度变化要求。该角度范围内可以模拟各类倾斜边界情况。

本实用新型的有益效果是：

1. 本实用新型每个工作区域的宽度都可以调整，不同宽度的地质条件可以选择不同宽度的模型，别宽度调整操作简单，可以进行小幅度调整，使得煤矿现场和相似模拟实验在几何尺寸上保持一致，更加吻合现场数据。同时，本实用新型采用的是固定边柱和可移动中柱相结合的方案，与所有立柱都是可移动方案相比能够增加整体刚度，提高试验承载能力，使试验更加安全。

2. 本实用新型能够大幅提高工作效率，一方面多个不同地质条件的实验可以在本实用新型上同时完成，节省试验时间。另一方面相同地质条件的试验可以同时做两个或多个模型，然后进行对比，可以提高试验的准确度；也可以改变其中一个或几个模型条件，比如改变竖向加载力这一条件，就可以得到多样化的试验结果，便于进行对比研究。相对于采用多台设备进行对比实验，本实用新型既可以提高实验效率，又能提供更加准确的实验结果。

3.本实用新型的可移动中柱可以垂直放置也可以倾斜放置，可以模拟倾斜断层就是边界，或者不规则边坡的应力、位移变化情况，使其可以模拟的各类情况更加丰富。

附图说明

附图1主视图

附图2是A-A剖面图

附图3是B-B剖面图

附图4是C-C剖面图

附图5是液压柱吊圈图

附图6是倾斜中柱示意图

具体如下：

下横梁1，下横梁中柱滚轮槽11，下横梁固定孔12，下横梁盖板13

边立柱2，边立柱固定孔21

上横梁3，上横梁中柱滚轮槽31，上横梁固定孔32，液压柱吊圈滚轮槽33，

可移动中柱4，下滚轮41，上滚轮42，滚轮固定螺栓43，可移动中柱固定孔44

工作面挡板5，工作面挡板固定孔51，工作面挡板固定螺栓52

液压柱吊圈6，液压柱吊圈滚轮61，液压柱吊圈滚轮轴62，液压柱吊圈固定螺栓63，液压柱64，液压柱吊梁固定螺栓孔65。

具体实施方式

根据附图，一种可拆卸的二维相似材料试验台，由下横梁1、上横梁3、边立柱2及工作面挡板5组成，还包括可移动中柱4和液压柱吊圈6。其中，下横梁1、上横梁3和边立柱2之间均为焊接连接。构成了矩形框架，在下横梁1的上侧和上横梁3的下侧分别设有下横梁中柱滚轮槽11和上横梁中柱滚轮槽31，在下横梁滚轮槽11和上横梁滚轮槽31侧面还分别设有多个下横梁固定孔12和上横梁固定孔32，孔距均为20cm ,能够满足模型宽度变化基本单位为20cm的试验要求，可以满足各类相似模拟实验。可移动中柱上下两端分别设有上滚轮42、下滚轮41，所述上滚轮42、下滚轮41可以在下横梁滚轮槽11和上横梁滚轮槽31内滚动，可移动中柱4能够通过滚轮的滚动实现在边立柱2之间移动，当移动到所需位置时使用滚轮固定螺栓43将可移动中柱固定在相应下横梁固定孔32和上横梁固定孔12所在位置。两个可移动中柱4位置固定后，将本实用新型分为三个工作区域。三个工作区域可以同时做两个或三个相似模拟实验，能够大幅度提高工作效率。上述多个模拟实验，可以是相同地质条件的，也可以是不同地质条件的。如果地质条件不同其意义仅在于提高实验效率，如果是地质条件相同就可以开展对比实验，因对比实验是在同一台设备、同时间、同材料的条件下完成的，对比实验结果更有实验意义，可以精确分析在压力、加载速度等一个或几个要素变化情况的差异情况，比采用多台设备进行对比实验效率更高、结果更准确。所述工作面挡板5在每个工作区域的前后分别设置，每个工作面挡板5两端设有工作面挡板固定孔51，通过工作面挡板固定螺栓52可以将工作面挡板5与设置在可移动中柱上4的可移动中柱固定孔44和设置在边立柱2上的边立柱固定孔21进行连接固定，工作面挡板5与下横梁1和上横梁3保持平行。在下横梁1顶面还覆盖有多块倒“山”形下横梁盖板13，下横梁盖板13覆盖宽度与下横梁1宽度相配合，下横梁盖板13中部突出物宽度与下横梁滚轮槽11宽度相配合，每块下横梁盖板13所覆盖的下横梁长度与下横梁固定孔12间距一致，为20cm。多块下横梁盖板13连续覆盖在下横梁上以后，一方面可以限制可移动中柱4的左右移动，帮助可移动中柱进行固定，另一面可以在下横梁1上表面形成平整的工作面，以利于相似材料在下横梁盖板上表面进行布置。在上横梁3的上部还设有液压柱吊圈滚轮槽33，液压柱吊圈6套于上横梁3，并且可以沿上横梁3自由移动，液压柱吊圈上部还设有液压柱吊圈滚轮61，液压柱吊圈滚轮61通过液压柱吊圈滚轮轴62与液压柱吊圈6相连，液压柱吊圈滚轮61可以绕液压柱滚轮轴62转动，液压柱吊圈滚轮61宽度与上横梁液压柱吊圈滚轮槽33宽度相配合，在液压柱吊圈下侧设有液压柱64。在液压柱吊圈上还设有液压柱吊圈固定螺栓孔65，通过液压柱吊圈固定螺栓64可以将液压柱吊圈固定在相应上横梁固定孔所在位置。液压柱可以对模拟材料进行加压，能够实现各种模拟压力要求。本实用新型宽度为5~7米，可以满足各类常见模拟宽度要求，同时还可以实现同时做2-3个试验，提高设备使用效率，高度为1.6~2.0米，能够满足各类常用试验材料的刚度要求。

Claims (4)

1.一种可拆卸的二维相似材料试验台，由下横梁（1）、上横梁（3）、边立柱（2）及工作面挡板（5）组成，其特征在于：还包括可移动中柱（4）和液压柱吊圈（6），下横梁（1）、上横梁（3）和边立柱（2）之间均为焊接连接，构成矩形框架，在下横梁（1）的上侧和上横梁（3）的下侧分别设有下横梁中柱滚轮槽（11）和上横梁中柱滚轮槽（31），在下横梁滚轮槽（11）和上横梁滚轮槽（31）侧面还分别设有多个下横梁固定孔（12）和上横梁固定孔（32），孔距均为20cm ,可移动中柱（2）上下两端分别设有上滚轮（42）、下滚轮（41），所述下滚轮（41）、上滚轮（42）可以在下横梁滚轮槽（11）和上横梁滚轮槽（31）内滚动，可移动中柱（4）能够通过滚轮的滚动实现在边立柱（2）之间移动，当移动到所需位置时使用滚轮固定螺栓（43）将可移动中柱（4）固定在相应下横梁固定孔（12）和上横梁固定孔（32）所在位置，可移动中柱（4）位置固定后，将本实用新型分为多个工作区域，所述工作面挡板（5）在每个工作区域的前后分别设置，每个工作面挡板（5）两端设有工作面挡板固定孔（51），通过工作面挡板固定螺栓（52）可以将工作面挡板（5）与设置在可移动中柱（4）上的可移动中柱固定孔（44）和设置在边立柱（2）上的边立柱固定孔（21）进行连接固定，工作面挡板（5）与下横梁（1）和上横梁（3）保持平行，在下横梁（1）顶面还覆盖有多块倒“山”形下横梁盖板（13），下横梁盖板（13）覆盖宽度与下横梁（1）宽度相配合，下横梁盖板（13）中部突出物宽度与下横梁滚轮槽（11）宽度相配合，每块下横梁盖板（13）所覆盖的下横梁（1）长度与下横梁固定孔（12）间距一致，为20cm，在上横梁（3）的上部还设有液压柱吊圈滚轮槽（33），液压柱吊圈（6）套于上横梁（3），并且可以沿上横梁自由移动，液压柱吊圈（6）上部还设有液压柱吊圈滚轮（61），液压柱吊圈滚轮（61）通过液压柱吊圈滚轮轴（62）与液压柱吊圈（6）相连，液压柱吊圈滚轮（61）可以绕液压柱滚轮轴转动，液压柱吊圈滚轮（61）宽度与上横梁液压柱吊圈滚轮槽（33）宽度相配合，在液压柱吊圈下侧设有液压柱（64），在液压柱吊圈上还设有液压柱吊圈固定螺栓孔（65），通过液压柱吊圈固定螺栓（63）可以将液压柱吊圈固定在相应上横梁固定孔所在位置，本实用新型宽度为5~7米，高度为1.6~2.0米。

2.如权利要求1所述的一种可拆卸的二维相似材料试验台，其特征在于：可移动中柱（4）的数量为2。

3.如权利要求1所述的一种可拆卸的二维相似材料试验台，其特征在于：可移动中柱（4）和下横梁（1）之间的夹角为90度。

4.如权利要求1所述的一种可拆卸的二维相似材料试验台，其特征在于：可移动中柱（4）和下横梁（1）之间的夹角为60度-80度。