專利名稱：巖石類材料矩形板彎曲試驗加載裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種板的彎曲試驗加載裝置，尤其是礦山巖石力學領域進行巖石類材料矩形板的彎曲試驗加載。
背景技術：
近些年來，由于我國大量民營和個體煤礦的介入，造成淺部煤炭資源掠奪性亂采、 亂挖，形成了數量和范圍難以統(tǒng)計的大量淺層采空區(qū)隱患工程(一般采深與采厚比小于 30)。隨著可利用土地資源的日益減少，許多煤礦采空區(qū)逐漸被列為工業(yè)和民用建筑場地， 一些公路、橋梁、隧道工程等建(構)物不得不跨越淺部采空區(qū)。地下煤炭資源采出后，淺部采空區(qū)上覆巖體產生應力重分布、導致地表產生附加移動和變形，致使地表建(構)筑物沉降、局部開裂、傾斜、直至倒塌等，嚴重影響和危害著采空區(qū)上方建(構)筑物的規(guī)劃、建設及安全運營。下伏淺部采空區(qū)頂板巖層厚度，是露天開采至關重要的安全保障。在采空區(qū)上方露天臺階開挖過程中，作業(yè)人員和露天大型采掘設備，隨時都可能落入采空區(qū)內，導致人員傷亡和財產損失。因此，合理確定下伏采空區(qū)頂板的安全隔離厚度，對露天礦臺階開挖至關重要。一方面，如果其值選取過大，會導致鉆孔數量增加使采空區(qū)處理費用增加、生產效益降低；另一方面，如果其值選取過小，則安全隔離厚度不夠，作業(yè)人員、采掘設備不安全，有可能引發(fā)重大人員傷亡與設備財產損失、致使礦山停產等后果。煤系層狀沉積地層結構，是煤礦采空區(qū)頂板常見的巖體結構類型。由于層狀巖體受層理結構面的影響，具有明顯的橫觀各向同性，如考慮采空區(qū)頂板層與層之間的相互作用，其變形特征、破壞模式、破斷機理更為復雜。因此，進行淺部采空區(qū)頂板變形破壞過程與災變機制研究，是目前工程實踐中急待解決的具有挑戰(zhàn)性難題。目前，國內外在巖石力學試驗中，常常將煤礦采空區(qū)頂板簡化為梁，主要進行梁的三點彎曲試驗，而實際工程則表現為板的破壞，而且是采空區(qū)層狀組合板的破壞形式，因此，研究設計一種能進行厚板、薄板、以及厚板與薄板組合形式的彎曲試驗加載裝置，是進行采空區(qū)頂板變形破壞過程與災變機制試驗研究的關鍵。
發(fā)明內容為了克服目前巖石力學領域巖梁假設三點彎矩試驗，不能有效揭示采空區(qū)頂板變形特征、破壞模式和破斷機理的不足，本實用新型提供一種巖石類材料矩形板的彎曲試驗加載裝置，不僅能夠進行單一厚板和單一薄板的彎曲試驗研究，而且能夠實現厚板與薄板的多種組合試驗研究，對揭示各類巖板的損傷破斷機理有重要理論意義和工程實用價值。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是加載裝置主要由三部分組合而成上部為能夠實現集中加載的圓板(將均布荷載等效為集中荷載)；中部為螺栓連接鋼板組成的加載架；下部為矩形鋼板底座，還包括設置在加載架兩端可轉動的墊支座和帶有螺母的四根螺栓。[0008]試驗過程第一步，組裝加載裝置，并將加載裝置安放在MTS等力學壓力機底端加載承臺上；第二步，將加工好的厚巖板、薄巖板或其組合板，放置在加載架兩端可轉動的墊塊上；第三步，調節(jié)四根螺栓的螺母，使加載架兩側鋼板加緊試驗巖板；第四步，在試驗巖板上放置加載圓板，將加載圓板的鋼球調至試驗巖板的形心位置；第五步，利用MTS等力學壓力機對加載圓板施加荷載，即能夠進行集中點荷載作用下，各類矩形巖板的彎曲試驗研究。考慮巖板受水平應力與垂直應力的組合應力作用時，將螺桿上的螺母全部卸掉， 利用油壓千斤頂，對加載架兩側的鋼板，分別進行側向等值加載，然后，通過調整垂直荷載與側向荷載的大小，進行水平應力與垂直應力多種組合應力條件下，各類矩形巖板彎曲試驗研究。本實用新型的有益效果是，借助于該加載裝置，能夠實現均布荷載(等效為集中點荷載)條件下，單一厚板、單一薄板、以及厚板與薄板多種組合形式的彎曲試驗研究。能夠考慮礦山地質構造應力的作用，實現側向加載，或進行深部采礦時，考慮不同側向應力和垂直應力多種組合情況，進行各類矩形巖板的彎曲試驗研究。

[0016]
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。[0017]圖1是本實用新型結構組成示意圖。[0018]圖1中(1)上部結構；(2)中部結構；(3)底部結構。[0019]圖2是圖1中(1)上部結構詳細尺寸圖。[0020]圖2中1-1鋼球；1-2圓鋼板。[0021]圖3是兩側鋼板圖。[0022]圖3中2-1兩側鋼板。[0023]圖4是圖3的A向俯視圖。[0024]圖5是墊支座圖。[0025]圖5中2-2活動墊座；2-3固定支座；2-4滾動圓柱。[0026]圖6是圓形螺桿螺紋圖。[0027]圖6中2-5圓形螺桿；2-6螺紋。[0028]圖7是圖1中(3)底部結構詳細尺寸圖。[0029]圖7中3-1鋼板墊板。[0030]圖8是矩形厚板設計尺寸圖。[0031]圖8中4-1矩形厚板。[0032]圖9是矩形薄板設計尺寸圖。[0033]圖9中4-2矩形薄板。
具體實施方式
[0034]第一步，組裝加載裝置圖1，先將底部結構(3)安放在MTS等力學壓力機底端加載承臺上，然后，將中部結構(2)放置在底部結構(3)之上，圖7為底部結構矩形鋼板墊板的詳細尺寸圖；第二步，將圖8和圖9中矩形巖板4-1、4_2的端部或其組合形式，放置在圖5中活動墊座2-2上，固定支座2-3與兩側鋼板2-1焊接固定，活動墊座2-2與固定支座2_3通過槽中滾動鋼柱連接；第三步，調節(jié)圖6中圓形螺桿2-5上螺母，使加載架兩側鋼板2-1加緊試驗巖板；第四步，在試驗巖板上放置圖2中加載圓鋼板，圓鋼板1-2內嵌活動鋼球1-1，將加載圓板的鋼球調至試驗巖板的形心位置；第五步，利用MTS等力學壓力機對加載圓板施加荷載，即可進行集中點荷載作用下，各類矩形巖板的彎曲試驗研究?？紤]巖板受水平應力與垂直應力的組合應力作用時，將圖6中四根圓形螺桿2-5 上的螺母全部卸掉，利用油壓千斤頂，對加載架兩側鋼板2-1，分別進行側向等值加載，然后，通過調整垂直荷載與側向荷載的大小，能夠進行水平應力與垂直應力多種組合應力條件下，各類矩形巖板彎曲試驗研究。
權利要求1.巖石類材料矩形板彎曲試驗加載裝置，其特征在于，該裝置主要由三部分組合而成 上部為能夠實現集中加載的圓板；中部為螺栓連接鋼板組成的加載架；下部為矩形鋼板底座；還包括設置在加載架兩端可轉動的墊支座和帶有螺母的四根螺栓。
專利摘要一種能夠進行巖石類材料矩形板彎曲試驗的加載裝置，該裝置主要由三部分組合而成上部為能夠實現集中加載的圓板；中部為螺栓連接鋼板組成的加載架；下部為矩形鋼板底座。借助于該加載裝置，能夠實現均布荷載(等效為集中點荷載)條件下，單一厚板、單一薄板、以及厚板與薄板多種組合形式的彎曲試驗研究。也能夠考慮礦山地質構造應力的作用，實現側向加載，或進行深部采礦時，考慮不同側向應力和垂直應力多種組合情況，進行各類矩形巖板的彎曲試驗研究。
文檔編號G01N3/20GK202305311SQ20112028462
公開日2012年7月4日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權日2011年8月8日
發(fā)明者保羅·黑跟, 王樹仁, 程巖 申請人:保羅·黑跟, 王樹仁, 程巖