CN103605169A - 一种小型自重框式配载三维物理模拟实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型自重框式配载三维物理模拟实验方法，包括如下步骤：(1)根据模拟地质对象，在主架装置前后侧安装前后侧护墙板，组成相似材料装填空间；(2)在第一次相似材料装填空间内装填地质相似体，装填高度为首次安装前后侧护墙板高度，依据上述方式完成第二次、第三次等地质相似体装填，进行模型风干与前后侧护墙板拆卸；(3)调试自重框式配载区，保证传载横梁、摩擦橡胶板与地质相似体接触完好，实现自重框式配载装置上下自由滑动，配载高度等于或低于前后滑动侧护挡板高度；(4)对模型进行施工开挖，运用计算机系统进行数据采集、记录，完成实验。本发明方法具有步骤合理与便于操作的特点，不仅精确复原与再现了地下工程环境，而且提高了加载数据精确性与实验过程安全性。

Description

一种小型自重框式配载三维物理模拟实验方法

技术领域

本发明涉及一种矿山开采物理模拟实验方法，是一种通过自行设计小型自重框式配载三维物理模拟实验装置，分别在模型装填区、自重框式配载区进行地质相似体的装填与自重应力配载的小型自重框式配载三维物理模拟实验方法。

背景技术

由于地下工程环境的复杂性及现场试验耗资大的制约，相似模拟实验成为实现此类岩土、地质及矿山等地下工程环境再现的一种重要科学研究手段。

现有实验室物理模拟实验装置，多数为大型平面二维物理模拟实验装置，其装填相似材料多、耗资大、周期长，且不能实现三维实验模拟，同时由于相似比例尺寸较大，模型上部载荷的模拟难以实现。目前，对于大型平面物理模拟实验装置上部载荷的实现主要有两种方法，第一种为液压加载实验系统，由于不能实现载荷伺服控制，当模型有施工(矿山巷道、硐室及工作面等开挖扰动过程)影响变化时，会出现加载数据的减小与漂移，难以保证物理模拟过程中上覆岩层应力的精确再现。另一种为传统铁砖加载(传统自重配载)法，由于模型为大型二维平面实验装置，在模型上部需配置较多铁砖，铁砖与装填模型间没有传载横梁及滑动侧护挡板保护，易造成模型倒架伤人，安全系数低。

基于减小装填成本、提高应力环境精确性与实验过程安全性的小型自重框式配载三维物理模拟实验装置，可以有效克服上述实验装置的不足，但其实验过程较为复杂，这里以自行设计实验装置为基础，提出一种小型自重框式配载三维物理模拟实验方法，用于精确复原与再现地下工程环境，提高加载数据精确性与实验过程安全性，为工程实践的可行性提供指导作用。

发明内容

本发明针对具体一种小型自重框式配载三维物理模拟实验装置及其实际操作的复杂性，提出了一种小型自重框式配载三维物理模拟实验方法。该方法操作简单、易于实现，不仅再现了复杂地下工程环境相似特性，而且实现了高应力条件下自重配载的精确模拟，为现场地下工程的施工提供了依据。

本发明提供一种小型自重框式配载三维物理模拟实验方法。包括主架装置的安装、地质相似体的装填、自重框式配载装置的调试、自重铁砖的配载、模型开挖施工与监测数据采集、记录。

首先，根据要模拟的地质对象，对其地质资料进行分析，确定模型比例与相似材料，分析自重铁砖配载高度。

进一步，在主架装置前后侧安装前后侧护墙板，通过墙板螺栓与设有墙板螺孔的左右侧梁进行紧固，组成相似材料的装填空间，前后侧护墙板安装高度以不影响相似材料的装填为宜。

进一步，在由底横梁、左侧梁、右侧梁及前后侧护墙板组成的第一次相似材料装填空间内装填地质相似体，并采用横锤用相同力度夯实，按相似比例进行分层，各层间采用云母分离，第一次地质相似体装填高度为首次安装前后侧护墙板高度。

进一步，根据地质相似体设定装填高度，在第一次安装前后侧护墙板上方进行第二次前后侧护墙板安装，同样要求采用墙板螺栓将前后侧护墙板与左右侧梁进行紧固，组成第二次相似材料装填空间，仍要求前后侧护墙板安装高度以不影响相似材料装填为宜。

进一步，在由左右侧梁与前后侧护墙板组成的第二次相似材料装填空间内进行地质相似体装填，其装填方式、夯实方式及分层方式均与第一次地质相似体装填方式相同，装填高度为第二次安装前后侧护墙板高度。

进一步，依据上述方式完成第三次、第四次等地质相似体装填，直到完成整个实验要求的装填高度为止。

进一步，地质相似体装填完成后，对模型进行自然风干，由上到下依次拆除前后侧护墙板，露出模型前后侧面，以利于模型开挖。

进一步，根据地质资料及相似比例计算自重框式配载区铁砖配载高度，在风干地质模型体上方铺设摩擦橡胶板，在摩擦橡胶板上方放置传载横梁，并来回移动传载横梁，至四角与左右侧梁无接触，且保证传载横梁、摩擦橡胶板与地质相似体接触完好。

进一步，在传载横梁上方主架装置前后安装滑动侧护挡板，滑动侧护挡板通过挡板螺栓进行紧固，而滑动侧护挡板与左右侧梁滑动缝隙通过挡板螺栓上安装的滑动垫圈进行摩擦接触，组成自重框式配载区，依据配载大小完成实验铁砖装配，要求配载高度等于或低于前后滑动侧护挡板高度。

进一步，根据地质资料数据及相似比例对模型进行施工开挖，运用计算机系统进行数据采集、记录，完成实验。

附图说明

图1是实现本发明一种小型自重框式配载三维物理模拟实验方法结构主视图。

图2是图1的左视图。

图3是图1的俯视图。

图4是传载横梁11的结构示意图。

图中：1为挡板螺孔；2为滑动垫圈；3为摩擦橡胶板；4为模型装填区；5为墙板螺孔；6为左侧梁；7为拉杆；8为自重框式配载区；9为滑动侧护挡板；10为右侧梁；11为挡板螺栓；12为传载横梁；13为墙板螺栓；14为侧护墙板；15为底横梁；16为基座。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。

本发明提供了一种小型自重框式配载三维物理模拟实验方法。

(1)通过对模拟地质体分析，选择合适相似材料及相似比例，确定模型装填区4和自重框式配载区8的高度。

(2)将前后侧护墙板14通过墙板螺栓13与设有墙板螺孔5的左侧梁6、右侧梁10的下部进行紧固，组成模型装填区4的第一次相似材料装填空间，且要求前后侧护墙板14的安装高度以不影响相似材料装填为宜。

(3)在由底横梁15、左侧梁6、右侧梁10及前后侧护墙板14组成的第一次相似材料装填空间内装填地质相似体，并采用横锤用相同力度夯实，按相似比例进行分层，各层间采用云母分隔，第一次地质相似体装填高度为首次安装前后侧护墙板14高度。

(4)根据地质相似体设定的装填高度，在第一次安装前后侧护墙板14上方进行第二次前后侧护墙板14安装，同样要求采用墙板螺栓13将前后侧护墙板14与左侧梁6、右侧梁10进行紧固，组成模型装填区4的第二次相似材料装填空间，同样要求前后侧护墙板14安装高度以不影响相似材料装填为宜。

(5)在由左侧梁6、右侧梁10与前后侧护墙板14组成的模型装填区4的第二次装填空间内进行地质相似体装填，其装填方式、夯实方式及分层方式均与第一次地质相似装填相同，装填高度为第二次安装前后侧护墙板14高度。

(6)依据上述方式循环地质相似体装填工作，直到完成整个实验要求的装填高度为止。

(7)地质相似体装填完成后，对模型进行自然风干，由上到下依次拆除前后侧护墙板14，露出模型前后侧面，以利于模型施工开挖。

(8)根据地质资料及相似模拟比例，计算自重框式配载区铁砖配载高度，在风干地质模型体上方铺设摩擦橡胶板3，在摩擦橡胶板3上方放置传载横梁12，并来回移动传载横梁12，至四角与左侧梁6、右侧梁10无接触，且保证传载横梁12、摩擦橡胶板3与装填地质相似体接触完好。

(9)在传载横梁12上方主架装置前后安装滑动侧护挡板9，滑动侧护挡板9通过挡板螺栓11进行紧固，而滑动侧护挡板9与左侧梁6、右侧梁10的滑动缝隙通过挡板螺栓11上安装的滑动垫圈2进行摩擦接触，组成自重框式配载区8，依据配载大小完成实验铁砖装配，要求配载高度等于或低于前后滑动侧护挡板9高度。

(10)对模型进行施工开挖，运用计算机系统进行数据采集、记录，完成实验。

本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述，而是根据权利要求加以限定。

Claims (1)

1.一种小型自重框式配载三维物理模拟实验方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)主架装置安装；(2)不同段高地质相似体装填；(3)自重框式配载装置调试与自重铁砖配载；(4)模型开挖与监测数据采集、记录；其中

(1)根据模拟地质对象，对地质资料进行分析，确定模型比例与相似材料，在主架装置前后面安装前后侧护墙板，通过墙板螺栓与设有墙板螺孔的左右侧梁进行紧固，组成相似材料装填空间，前后侧护墙板安装高度以不影响相似材料装填为宜；

(2)在由底横梁、左侧梁、右侧梁及前后侧护墙板组成的第一次相似材料装填空间内装填地质相似体，并采用横锤用相同力度夯实，按相似比例进行分层，各层间采用云母分隔，第一次地质相似体装填高度为首次安装前后侧护墙板高度，依据上述方式完成第二次、第三次、第四次等地质相似体装填，直到完成整个实验要求的装填高度为止，进行模型风干与前后侧护墙板拆卸；

(3)根据地质资料及相似比例计算自重框式配载区铁砖配载高度，在风干地质模型体上方铺设摩擦橡胶板，在摩擦橡胶板上方放置传载横梁进行紧固，保证传载横梁、摩擦橡胶板与地质相似体接触完好，实现自重框式配载装置上下摩擦滑动，配载高度等于或低于前后滑动侧护挡板高度；

(4)对模型进行施工开挖，运用计算机系统进行数据采集、记录，完成实验。

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