本實(shí)用新型涉及一種用于構(gòu)造應(yīng)力模擬的試驗(yàn)臺(tái),具體地說就是一種水平分級(jí)加載三維承載相似模擬試驗(yàn)臺(tái)。

背景技術(shù)：

相似材料模擬試驗(yàn)?zāi)軌蛑庇^地顯現(xiàn)煤層開采后其頂?shù)装鍘r層破壞發(fā)育過程，是采礦工程中研究覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要試驗(yàn)方法?，F(xiàn)有的相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)絕大多數(shù)都是二維的，試驗(yàn)臺(tái)前后面為自由面沒有任何約束，試驗(yàn)加載時(shí)，只是在試驗(yàn)臺(tái)上部施加載荷，二維相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)只能解決平面應(yīng)變問題；現(xiàn)有的三維相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)只是試驗(yàn)臺(tái)周圍給予約束或水平方向施加同一載荷。

但在實(shí)際的煤礦生產(chǎn)過程中，煤層及其周圍巖層是處于三軸受力狀態(tài)，而且水平應(yīng)力隨著埋深增加也在增加，尤其在地質(zhì)構(gòu)造存在的情況下，水平應(yīng)力會(huì)更加復(fù)雜，因此研究一種水平分級(jí)加載三維承載相似模擬試驗(yàn)裝置可為現(xiàn)場煤層的開采提供正確的理論指導(dǎo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，目的是提供一種水平分級(jí)加載三維承載相似模擬試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)可以在水平方向分級(jí)加載，可以更真實(shí)的模擬礦井水平應(yīng)力，尤其是較復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造存在的情況下的水平應(yīng)力。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種水平分級(jí)加載三維承載相似模擬試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于：包括試驗(yàn)架、液壓千斤頂、水平加載裝置、密封塊、水平密封板、前密封板和后密封板，試驗(yàn)架為長方框體結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)架左右兩側(cè)邊框上均設(shè)置兩列孔，試驗(yàn)架左邊框內(nèi)側(cè)固定設(shè)置有若干水平加載裝置，各水平加載裝置自下而上地疊加，試驗(yàn)架上邊框內(nèi)側(cè)左邊固定設(shè)置有密封塊，密封塊右側(cè)設(shè)置水平放置的水平密封板，水平密封板為長條形板，水平密封板和試驗(yàn)架上邊框之間固定設(shè)置有若干液壓千斤頂，水平密封板、水平加載裝置、試驗(yàn)架下邊框與試驗(yàn)架右邊框圍成的區(qū)域?yàn)椴牧咸畛鋮^(qū)，前密封板為兩端帶有孔的長條形板，后密封板為兩端帶有孔的長方板，液壓千斤頂以下的試驗(yàn)架前面固定安裝有若干個(gè)前密封板，前密封板兩端的孔均與試驗(yàn)架左右兩側(cè)邊框上的孔螺栓連接，液壓千斤頂以下的試驗(yàn)架背面固定安裝有一個(gè)后密封板，后密封板兩端的孔均與試驗(yàn)架左右兩側(cè)邊框上的孔螺栓連接。

上述的水平加載裝置包括加載缸和U型擋板，加載缸左側(cè)固定在長方體試驗(yàn)架上，右側(cè)與U型擋板焊接，U型擋板開口向左，上下相鄰的U型擋板壓疊在一起且能左右滑動(dòng)。

上述的前密封板和后密封板的材質(zhì)均為透明有機(jī)玻璃。

本實(shí)用新型具有的有益效果為：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的U型擋板和試驗(yàn)架右邊框?qū)δM實(shí)驗(yàn)材料起到水平方向上的密封作用，水平密封板和試驗(yàn)架上邊框?qū)δM實(shí)驗(yàn)材料起到豎直方向上的密封作用，前密封板和后密封板對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)材料起到前后方向上的密封作用，這樣，模擬實(shí)驗(yàn)材料處于三軸受力狀態(tài)；每個(gè)水平加載裝置可獨(dú)立施加載荷，每個(gè)加載缸不同程度的帶動(dòng)U型擋板伸出，可實(shí)現(xiàn)不同的水平力加載，使每一水平應(yīng)力可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行施加，可以模擬不同的深部水平應(yīng)力，尤其是可以模擬地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域水平應(yīng)力，水平方向分級(jí)加載，更接近于真實(shí)效果，更符合實(shí)際現(xiàn)場，可為現(xiàn)場煤層的開采提供正確的理論指導(dǎo)；若干個(gè)長條形的前密封板疊加來密封模擬實(shí)驗(yàn)材料，便于模擬開采時(shí)的拆卸和密封；前密封板和后密封板的材質(zhì)均為透明有機(jī)玻璃，利于實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)時(shí)觀測。本實(shí)用新型構(gòu)造簡單，使用方便，且制造成本低廉。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型未安裝前后密封板時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型安裝前后密封板且填充有模擬實(shí)驗(yàn)材料時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型前密封板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型后密封板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實(shí)用新型水平加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的、效果以及實(shí)施例有更加清楚的理解，現(xiàn)結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

如圖1-圖5所示，該模擬試驗(yàn)臺(tái)，包括試驗(yàn)架1、液壓千斤頂2、水平加載裝置3、密封塊4、水平密封板9、前密封板7和后密封板8，試驗(yàn)架1為長方框體結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)架1左右兩側(cè)邊框上均設(shè)置兩列孔，試驗(yàn)架1左邊框內(nèi)側(cè)固定設(shè)置有若干水平加載裝置3，各水平加載裝置3自下而上地疊加，試驗(yàn)架1上邊框內(nèi)側(cè)左邊固定設(shè)置有密封塊4，密封塊4右側(cè)設(shè)置水平放置的水平密封板9，水平密封板9為長條形板，水平密封板9和試驗(yàn)架1上邊框之間固定設(shè)置有若干液壓千斤頂2，水平密封板9、水平加載裝置3、試驗(yàn)架1下邊框與試驗(yàn)架1右邊框圍成的區(qū)域?yàn)椴牧咸畛鋮^(qū)6，前密封板7為兩端帶有孔的長條形板，后密封板8為兩端帶有孔的長方板，液壓千斤頂2以下的試驗(yàn)架1前面固定安裝有若干個(gè)前密封板7，前密封板7兩端的孔均與試驗(yàn)架1左右兩側(cè)邊框上的孔螺栓連接，液壓千斤頂2以下的試驗(yàn)架1背面固定安裝有一個(gè)后密封板8，后密封板8兩端的孔均與試驗(yàn)架1左右兩側(cè)邊框上的孔螺栓連接；水平加載裝置3包括加載缸31和U型擋板32，加載缸31左側(cè)固定在長方體試驗(yàn)架1上，右側(cè)與U型擋板32焊接，U型擋板32開口向左，上下相鄰的U型擋板32壓疊在一起且能左右滑動(dòng)，前密封板7和后密封板8的材質(zhì)均為透明有機(jī)玻璃。

本實(shí)用新型具體按照如下進(jìn)行操作，1）按照已設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案，將配比好的模擬實(shí)驗(yàn)材料5鋪設(shè)在材料填充區(qū)6內(nèi)，在鋪設(shè)過程中將壓力傳感器埋設(shè)到預(yù)先設(shè)計(jì)的位置，在鋪設(shè)過程中及時(shí)將前密封板7和后密封板8安裝上，直至鋪設(shè)完成并確保前密封板7和后密封板8能完全密封鋪設(shè)的模擬實(shí)驗(yàn)材料5；2）待模擬實(shí)驗(yàn)材料5鋪設(shè)完成后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的壓力給模擬實(shí)驗(yàn)材料5施加壓力并保壓，以使得模擬實(shí)驗(yàn)材料5受壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，液壓千斤頂2和水平加載裝置3的壓力要交替進(jìn)行施加，直至施加到預(yù)期設(shè)定壓力；3）待模擬實(shí)驗(yàn)材料5受壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求后，拆卸模擬開采部位對(duì)應(yīng)的前密封板7對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)材料5進(jìn)行模擬開采，模擬開采完成后及時(shí)將該處的前密封板7封閉，過了一定的時(shí)間再重復(fù)進(jìn)行模擬開采，直至全部模擬開采完成； 4）在模擬開采時(shí)要及時(shí)進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集和運(yùn)用攝像機(jī)進(jìn)行開挖全過程的拍攝。

上述方案中，U型擋板32和試驗(yàn)架1右邊框?qū)δM實(shí)驗(yàn)材料5起到水平方向上的密封作用，水平密封板9和試驗(yàn)架1上邊框?qū)δM實(shí)驗(yàn)材料5起到豎直方向上的密封作用，前密封板7和后密封板8對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)材料5起到前后方向上的密封作用，這樣，模擬實(shí)驗(yàn)材料5處于三軸受力狀態(tài)。

上述方案中，每個(gè)水平加載裝置3可獨(dú)立施加載荷，每個(gè)加載缸31不同程度的帶動(dòng)U型擋板32伸出，可實(shí)現(xiàn)不同的水平力加載，使每一水平應(yīng)力可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行施加，可以模擬不同的深部水平應(yīng)力，尤其是可以模擬地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域水平應(yīng)力，水平方向分級(jí)加載，更接近于真實(shí)效果，更符合實(shí)際現(xiàn)場，可為現(xiàn)場煤層的開采提供正確的理論指導(dǎo)。

上述方案中，若干個(gè)長條形的前密封板7疊加來密封模擬實(shí)驗(yàn)材料5，便于模擬開采時(shí)的拆卸和密封。

上述方案中，前密封板7和后密封板8的材質(zhì)均為透明有機(jī)玻璃，利于實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)時(shí)觀測。

上述方案中，密封塊4既對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)材料5起到密封作用又能過保證水平加載裝置3的載荷成功施加。

本實(shí)用新型構(gòu)造簡單，使用方便，且制造成本低廉。