CN109374857A - 一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，固定导轨的两端分别设置有第一对接部，可移动导轨的两端分别设置有与第一对接部对接的第二对接部，固定导轨和可移动导轨通过第一对接部和第二对接部的配合实现对接，模型试验架组与固定导轨、可移动导轨均滑动装配，模型试验架组包括若干个二维模型试验架，若干个二维模型试验架之间相互叠加且可拆卸式装配；本发明通过可移动导轨以及多组二维模型试验架的组合即可满足二维面相似材料试验的要求，又能实现三维相似材料试验，即丰富了该相似材料试验平台的功能性，提高该相似材料试验平台的实用性和利用率。

Description

一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台及试验方法

技术领域

本发明属于矿山、岩土技术领域，具体涉及一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台及试验方法。

背景技术

室内相似材料模拟一直是研究复杂工程问题的重要手段，尤其在矿山、水利、地下工程等领域得到了广泛的应用。相似材料模拟是在相似理论的指导下，开展复杂地质体的受力、变形和破坏规律的研究。虽然近年来随着计算机技术的发展，数值模拟方法因其快速、便捷、省时省力，在一定程度上代替了相似模拟方法成为研究复杂工程问题的一种重要手段，但是对于复杂的岩土体及人类活动，想要准确知道本构方程、边界条件和输入参数是非常困难的。因此相似材料模拟依然有着不可替代的优势。但是相似材料模拟试验也存在着模型尺寸大、模型养护周期长、相似材料性质受环境影响大等问题。当前的相似材料模拟平台主要分为二维相似材料模拟平台和三维相似材料模拟平台，两者一般难以相互转换，不能实现在同一个试验平台上，即可开展二维相似材料试验又能开展三维相似材料试验，平台功能性单一。因此，目前迫切需要研发一种多功能组合框架相似模拟试验平台。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题,本发明提供一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台及试验方法，技术方案如下：

一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，包括模型试验架组、固定导轨和可移动导轨，所述固定导轨的两端分别设置有第一对接部，所述可移动导轨的两端分别设置有与第一对接部对接的第二对接部，固定导轨和可移动导轨通过第一对接部和第二对接部的配合实现对接，所述模型试验架组与固定导轨、可移动导轨均滑动装配，模型试验架组包括若干个二维模型试验架，若干个二维模型试验架之间相互叠加且可拆卸式装配，二维模型试验架包括U形反力架和侧压板，所述侧压板设置有两个，两个侧压板均滑动装配在U形反力架的内侧，两个侧压板均竖直设置，模型试验架组的前后两侧均设置有挡板。

优选的，所述第一对接部为圆台状凸起，其底面与固定导轨固定连接，所述第二对接部为与圆台状凸起底面面积相同的圆形盲孔。

优选的，所述U形反力架底部设置有通槽，所述固定导轨和可移动导轨顶部均设置有与通槽相适配的凸起筋，通槽与凸起筋滑动装配。

优选的，所述通槽与凸起筋的截面均为球缺形，凸起筋卡接在通槽中。

优选的，所述U形反力架的两侧面分别开设有加载孔，设置于外部的加载系统穿过所述加载孔驱动侧压板移动。

优选的，所述固定导轨包括两个固定轨道导轨和两个固定轨道连接梁，两个固定轨道导轨之间通过两个固定轨道连接梁固定连接。

优选的，所述可移动导轨包括两个可移动轨道导轨和两个可移动轨道连接梁，两个可移动轨道导轨通过两个可移动轨道连接梁固定连接，两个可移动轨道导轨底部分别设置有两个万向轮。

优选的，所述U形反力架两侧均设置有连接螺孔，若干个二维模型试验架的反力架的连接螺孔均螺栓连接于固定梁，实现若干个二维模型试验架之间的可拆卸式装配，二维模型试验架具体为3至5个。

一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验方法，其特征在于，使用前述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，试验方法具体为二维模拟实验，包括以下步骤：

步骤1、在制备二维相似模型前，确定需要开展的试验组数，将二维模型试验架从模型试验架组上拆分，并在每个二维模型试验架前后安装挡板，其中在固定导轨上放置一个二维模型试验架，其余二维模型试验架放置在可移动导轨上，可实现多组二维相似材料模型同期砌筑；

步骤2、固定导轨上的二维模型试验架上的相似材料模型制备完成后，将可移动导轨与固定导轨对接，将模型制备完成的二维模型试验架转移至可移动导轨上，并移至一旁；

步骤3、可移动导轨与固定导轨分离后，将可移动导轨旋转180°，再次与固定轨道对接，将可移动导轨上为砌筑相似材料模型的二维模型试验架移至固定导轨上，继续二维相似模型的制备；

步骤4、重复步骤2与步骤3，完成所有模型的制备；

步骤5、所有模型制备完成后，再次将可移动导轨与固定导轨对接，将所有二维模型试验架移至固定导轨上，进行养护，并将可移动导轨移走；

步骤6、养护完成后，将可移动导轨与固定导轨对接，留下一架二维模型试验架在固定导轨上，其余二维模型试验架通过移动导轨移至别处等待试验；

步骤7、在以上步骤完成后，即可对固定轨道上的相似材料模型开展模拟试验；

步骤8、试验完毕后，再次将可移动导轨与固定导轨对接，将试验完成后的二维模型试验架移至可移动导轨上；

步骤9、可移动导轨与固定导轨分离后，将可移动导轨旋转180°，再与固定轨道对接，将可移动导轨上未进行试验的二维模型试验架移至固定导轨，继续进行模拟试验；

步骤10、重复步骤8与步骤9，直至完成所有二维模型试验架所对应的二维模拟试验。

一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验方法，使用前述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，试验方法具体为三维模拟实验，包括以下步骤：

步骤a、在制备二维相似模型前，将全部二维模型试验架移至固定导轨上，并通过连接螺孔，利用固定梁将全部二维模型试验架固定组合在一起，形成三维模型试验架；

步骤b、在三维模型试验架内制备相似模型，完成模型养护后即可进行三维模型的模拟试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提出的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，将加载系统和导轨式多功能组合框架分离，并提供了多组可移动可组合的二维模型试验架，可同时制备多组二维相似材料模型，减少了多组模型的养护周期，极大程度的缩短了相似材料试验的周期，提高了试验效率。

2、本发明在制备多组模型时，采用同样的相似材料，养护时具有同样的环境条件，有利于保证多组相似材料力学性质的稳定。满足不同组相似材料试验对比的要求。

3、本发明提出的可移动导轨，实现了二维模型框架的灵活移动，极大程度的减少了整个相似材料试验平台所占用的空间。

4、本发明通过可移动导轨以及多组二维模型试验架的组合即可满足二维面相似材料试验的要求，又能实现三维相似材料试验，即丰富了该相似材料试验平台的功能性，提高该相似材料试验平台的实用性和利用率。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明二维模型试验架的结构示意图；

图3为本发明固定导轨的结构示意图；

图4为本发明可移动导轨的结构示意图；

其中：模型试验架组1；固定导轨2；固定轨道导轨21；固定轨道连接梁22；可移动导轨3；移动轨道导轨31；可移动轨道连接梁32；万向轮33；第一对接部4；第二对接部5；二维模型试验架6；U形反力架61；侧压板62；挡板7；通槽8；凸起筋9；加载孔10；连接螺孔11；固定梁12。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1至图4所示，本发明提供了一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，包括模型试验架组1、固定导轨2和可移动导轨3，固定导轨2的两端分别设置有第一对接部4，可移动导轨3的两端分别设置有与第一对接部4对接的第二对接部5，固定导轨2的任意一端和可移动导轨3的任意一端可通过第一对接部4和第二对接部5的配合实现对接，模型试验架组1与固定导轨2、可移动导轨3均滑动装配，模型试验架组1包括三个二维模型试验架6，三个二维模型试验架6之间相互叠加且可拆卸式装配，当然，根据试验的需要，二维模型试验架6的数量可适当增加或减少，二维模型试验架6包括U形反力架61和侧压板62，侧压板62设置有两个，两个侧压板62均滑动装配在U形反力架61的内侧，两个侧压板62均竖直设置，模型试验架组1的前后两侧均设置有挡板7(为了更清楚的表示本发明，附图中仅画出了部分挡板)，模型试验架组1内填充有试验介质，如沙、土、岩或其他地质体，挡板7用于遮挡模型试验架组1中的试验介质，避免其漏出，具体的，挡板7通过螺栓连接的方式与U形反力架61固定装配。

第一对接部4为圆台状凸起，其底面与固定导轨2固定连接，第二对接部5为与圆台状凸起底面面积相同的圆形盲孔，固定导轨2与可移动导轨3对接时，圆台状凸起插入至圆形盲孔中，以实现固定的目的，第一对接部4和第二对接部5除采用上述插入式固定方法，也可以采用螺栓固定方法、插销式固定方法等其他方便拆卸的连接方法。

U形反力架61底部设置有通槽8，固定导轨2和可移动导轨3顶部均设置有与通槽8相适配的凸起筋9，通槽8与凸起筋9滑动装配。

通槽8与凸起筋9的截面均为球缺形，凸起筋9卡接在通槽8中，从而使二维模型试验架6在固定导轨2或可移动导轨3上滑动时不易脱落。

U形反力架61的两侧面分别开设有加载孔10，设置于外部的加载系统穿过加载孔10驱动侧压板62移动，以达到压缩试验介质的目的。

固定导轨2包括两个固定轨道导轨21和两个固定轨道连接梁22，两个固定轨道导轨21之间通过两个固定轨道连接梁22固定连接，两个固定轨道导轨21和两个固定轨道连接梁22形成方框式结构，具有较好的强度和稳定性。

可移动导轨3包括两个可移动轨道导轨31和两个可移动轨道连接梁32，两个可移动轨道导轨31通过两个可移动轨道连接梁32固定连接，两个可移动轨道导轨31底部分别设置有两个万向轮33，两个可移动轨道导轨31和两个可移动轨道连接梁32形成方框式结构，具有较好的强度和稳定性。

U形反力架61两侧均设置有连接螺孔11，三个二维模型试验架6的反力架的连接螺孔11均螺栓连接于固定梁12，实现三个二维模型试验架6之间的可拆卸式装配试验时，可根据试验需要单独使用二维模型试验架6或将三个二维模型试验架6固定在一起同时使用。

一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验方法，使用前述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，试验方法具体为二维模拟实验，包括以下步骤：

步骤1、在制备二维相似模型前，确定需要开展的试验组数，将二维模型试验架6从模型试验架组1上拆分，并在每个二维模型试验架6前后安装挡板7，其中在固定导轨2上放置一个二维模型试验架6，其余二维模型试验架6放置在可移动导轨3上，可实现三组二维相似材料模型同期砌筑；

步骤2、固定导轨2上的二维模型试验架6上的相似材料模型制备完成后，将可移动导轨3与固定导轨2对接，将模型制备完成的二维模型试验架6转移至可移动导轨3上，并移至一旁；

步骤3、可移动导轨3与固定导轨2分离后，将可移动导轨3旋转180°，再次与固定轨道对接，将可移动导轨3上为砌筑相似材料模型的二维模型试验架6移至固定导轨2上，继续二维相似模型的制备；

步骤4、重复步骤2与步骤3，完成所有模型的制备；

步骤5、所有模型制备完成后，再次将可移动导轨3与固定导轨2对接，将所有二维模型试验架6移至固定导轨2上，进行养护，并将可移动导轨3移走；

步骤6、养护完成后，将可移动导轨3与固定导轨2对接，留下一架二维模型试验架6在固定导轨2上，其余二维模型试验架6通过移动导轨移至别处等待试验；

步骤7、在以上步骤完成后，即可对固定轨道上的相似材料模型开展模拟试验；

步骤8、试验完毕后，再次将可移动导轨3与固定导轨2对接，将试验完成后的二维模型试验架6移至可移动导轨3上；

步骤9、可移动导轨3与固定导轨2分离后，将可移动导轨3旋转180°，再与固定轨道对接，将可移动导轨3上未进行试验的二维模型试验架6移至固定导轨2，继续进行模拟试验；

步骤10、重复步骤8与步骤9，直至完成所有二维模型试验架6所对应的二维模拟试验。

一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验方法，使用前述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，试验方法具体为三维模拟实验，包括以下步骤：

步骤a、在制备二维相似模型前，将全部二维模型试验架6移至固定导轨2上，并通过连接螺孔11，利用固定梁12将全部二维模型试验架6固定组合在一起，形成三维模型试验架；

步骤b、在三维模型试验架内制备相似模型，完成模型养护后即可进行三维模型的模拟试验。

Claims (10)

1.一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，其特征在于，包括模型试验架组、固定导轨和可移动导轨，所述固定导轨的两端分别设置有第一对接部，所述可移动导轨的两端分别设置有与第一对接部对接的第二对接部，固定导轨和可移动导轨通过第一对接部和第二对接部的配合实现对接，所述模型试验架组与固定导轨、可移动导轨均滑动装配，模型试验架组包括若干个二维模型试验架，若干个二维模型试验架之间相互叠加且可拆卸式装配，二维模型试验架包括U形反力架和侧压板，所述侧压板设置有两个，两个侧压板均滑动装配在U形反力架的内侧，两个侧压板均竖直设置，模型试验架组的前后两侧均设置有挡板。

2.根据权利要求1所述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，其特征在于，所述第一对接部为圆台状凸起，其底面与固定导轨固定连接，所述第二对接部为与圆台状凸起底面面积相同的圆形盲孔。

3.根据权利要求2所述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，其特征在于，所述U形反力架底部设置有通槽，所述固定导轨和可移动导轨顶部均设置有与通槽相适配的凸起筋，通槽与凸起筋滑动装配。

4.根据权利要求3所述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，其特征在于，所述通槽与凸起筋的截面均为球缺形，凸起筋卡接在通槽中。

5.根据权利要求4所述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，其特征在于，所述U形反力架的两侧面分别开设有加载孔，设置于外部的加载系统穿过所述加载孔驱动侧压板移动。

6.根据权利要求5所述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，其特征在于，所述固定导轨包括两个固定轨道导轨和两个固定轨道连接梁，两个固定轨道导轨之间通过两个固定轨道连接梁固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，其特征在于，所述可移动导轨包括两个可移动轨道导轨和两个可移动轨道连接梁，两个可移动轨道导轨通过两个可移动轨道连接梁固定连接，两个可移动轨道导轨底部分别设置有两个万向轮。

8.根据权利要求7所述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，其特征在于，所述U形反力架两侧均设置有连接螺孔，若干个二维模型试验架的反力架的连接螺孔均螺栓连接于固定梁，实现若干个二维模型试验架之间的可拆卸式装配，二维模型试验架具体为3至5个。

9.一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，试验方法具体为二维模拟实验，包括以下步骤：

步骤1、在制备二维相似模型前，确定需要开展的试验组数，将二维模型试验架从模型试验架组上拆分，并在每个二维模型试验架前后安装挡板，其中在固定导轨上放置一个二维模型试验架，其余二维模型试验架放置在可移动导轨上，可实现多组二维相似材料模型同期砌筑；

步骤2、固定导轨上的二维模型试验架上的相似材料模型制备完成后，将可移动导轨与固定导轨对接，将模型制备完成的二维模型试验架转移至可移动导轨上，并移至一旁；

步骤3、可移动导轨与固定导轨分离后，将可移动导轨旋转180°，再次与固定轨道对接，将可移动导轨上为砌筑相似材料模型的二维模型试验架移至固定导轨上，继续二维相似模型的制备；

步骤4、重复步骤2与步骤3，完成所有模型的制备；

步骤5、所有模型制备完成后，再次将可移动导轨与固定导轨对接，将所有二维模型试验架移至固定导轨上，进行养护，并将可移动导轨移走；

步骤6、养护完成后，将可移动导轨与固定导轨对接，留下一架二维模型试验架在固定导轨上，其余二维模型试验架通过移动导轨移至别处等待试验；

步骤7、在以上步骤完成后，即可对固定轨道上的相似材料模型开展模拟试验；

步骤8、试验完毕后，再次将可移动导轨与固定导轨对接，将试验完成后的二维模型试验架移至可移动导轨上；

步骤9、可移动导轨与固定导轨分离后，将可移动导轨旋转180°，再与固定轨道对接，将可移动导轨上未进行试验的二维模型试验架移至固定导轨，继续进行模拟试验；

步骤10、重复步骤8与步骤9，直至完成所有二维模型试验架所对应的二维模拟试验。

10.一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的一种导轨式多功能组合框架相似模拟试验平台，试验方法具体为三维模拟实验，包括以下步骤：

步骤a、在制备二维相似模型前，将全部二维模型试验架移至固定导轨上，并通过连接螺孔，利用固定梁将全部二维模型试验架固定组合在一起，形成三维模型试验架；

步骤b、在三维模型试验架内制备相似模型，完成模型养护后即可进行三维模型的模拟试验。