CN114199491A - 抗震稳定性试验评价装置、试验评价方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抗震稳定性试验评价装置、试验评价方法、电子设备及存储介质。装置包括：筑模单元、载荷模拟单元、振动模拟单元、采集单元、计算单元、评价单元、以及地基，其中：筑模单元固定在振动模拟单元上，用于铺设浇筑煤矿地下水库坝体结构模型；载荷模拟单元与筑模单元连接，用于模拟煤矿地下水库坝体结构模型所受载荷作用；振动模拟单元固定在地基上，用于模拟地震波对煤矿地下水库坝体结构模型的作用及影响；评价单元用于根据比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。本发明实现对煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的评价，为地下水库建设与长期运行安全提供保障。

Description

抗震稳定性试验评价装置、试验评价方法、电子设备及存储 介质

技术领域

本发明涉及煤矿试验相关技术领域，特别是一种抗震稳定性试验评价装置、试验评价方法、电子设备及存储介质。

背景技术

西部矿区生态环境脆弱，大规模高强度煤炭开采导致水资源大量流失，使原本脆弱的生态环境遭到进一步破坏，负环境效应愈加突出，导致矿区生产、生活用水紧张。减少和杜绝矿井水外排至地面已成为煤炭可持续开发必须解决的重大技术难题，也是煤炭开采水资源保护利用的战略目标。实践证明，煤矿地下水库已成为实现煤炭开采水资源保护利用，促进西部矿区煤炭科学开采和生态文明建设的有效技术途径。坝体是煤矿地下水库的主要组成部分，由煤柱及人工构筑物连接而成，受上覆岩层压力、储水空间静水压力、频繁矿震等因素综合影响，其结构稳定性对水库安全运行至关重要。

然而，现有技术缺乏针对煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的试验装置及评价方法，无法对煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性进行评价。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术缺乏针对煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的试验装置及评价方法的技术问题，提供一种抗震稳定性试验评价装置、试验评价方法、电子设备及存储介质。

本发明提供一种抗震稳定性试验评价装置，包括：筑模单元、载荷模拟单元、振动模拟单元、采集单元、计算单元、评价单元、以及地基，其中：

所述筑模单元固定在振动模拟单元上，用于铺设浇筑煤矿地下水库坝体结构模型；

所述载荷模拟单元与所述筑模单元连接，用于模拟煤矿地下水库坝体结构模型所受载荷作用；

所述振动模拟单元固定在所述地基上，用于模拟地震波对煤矿地下水库坝体结构模型的作用及影响；

所述采集单元包括与所述筑模单元连接的传感器，用于采集评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的试验数据；

所述计算单元与所述采集单元通信连接，用于根据所述试验数据，计算所述煤矿地下水库坝体结构模型的评价指标实测值；

所述评价单元与所述计算单元通信连接，用于将所述评价指标实测值与模型材料的评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

进一步地，所述煤矿地下水库坝体结构模型包括煤矿地下水库底板、煤柱坝体、以及人工坝体，所述筑模单元包括固定在所述振动模拟单元上的煤柱坝体筑模框架以及固定在所述煤柱坝体筑模框架内的人工坝体筑模模具，所述煤柱坝体筑模框架用于铺设煤矿地下水库底板以及煤柱坝体，所述人工坝体筑模模具用浇筑人工坝体。

更进一步地，所述煤柱坝体筑模框架包括：从下到上依次固定连接的底板、中部反力框架、以及顶部反力框架，所述底板固定在所述振动模拟单元上，所述中部反力框架包括多榀叠加的水平环向结构，所述人工坝体筑模模具位于所述中部反力框架内并固定在所述底板上，每榀所述水平环向结构四周设置凹槽，所述凹槽内设置有与所述水平环向结构连接的高硼硅玻璃。

进一步地，所述载荷模拟单元包括固定在所述煤柱坝体筑模框架顶部的加压油缸以及固定在所述煤柱坝体筑模框架以及所述人工坝体筑模模具之间的水袋。

进一步地，所述振动模拟单元包括控制器、油源系统、作动器、以及振动台面，所述控制器与所述油源系统通信连接，所述油源系统与所述作动器连接，所述筑模单元固定在所述振动台面上，所述控制器控制所述油源系统驱动或停止驱动所述作动器，所述作动器包括底部作动器和/或侧方作动器，所述地基包括容置所述振动台面的地坑，所述底部作动器一端固定在所述地坑底部，所述底部作动器另一端固定在所述振动台面底部，所述侧方作动器一端固定在所述地坑的侧壁，另一端固定在所述振动台面的侧边。

本发明提供一种如前所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法，包括：

在完成煤矿地下水库坝体结构模型铺设浇筑后，将选取的地震波通过所述振动模拟单元输出；

获取计算单元根据采集单元采集煤矿地下水库坝体结构模型的试验数据计算得到的评价指标实测值；

将所述评价指标实测值与模型材料的评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

进一步地：

所述煤矿地下水库坝体结构模型包括煤矿地下水库底板、煤柱坝体、以及人工坝体；

所述试验数据包括：应力试验数据、位移试验数据以及应变试验数据；

所述评价指标实测值包括：煤柱坝体应力最大值、煤柱坝体局部拉应变突变的峰值、煤柱坝体局部拉应变突变次数、人工坝体应力最大值、人工坝体位移最大值。

更进一步地，所述将所述评价指标实测值与模型材料的评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性，具体包括：

当一次地震波输出时间内，所述煤柱坝体应力最大值大于煤柱坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，判断为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差；或者

当一次地震波输出时间内，所述人工坝体应力最大值大于人工坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，判断为人工坝体结构失稳，抗震性能差；或者

当一次地震波输出时间内，所述人工坝体位移最大值大于人工坝体可移动的极限位移值时，判断为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差；或者

当一次地震波输出时间内，所述煤柱坝体局部拉应变突变次数超过预设次数阈值，或煤柱坝体局部拉应变峰值形状呈尖峰状，判断为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差。

本发明提供一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行如前所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法。

本发明提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如前所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法的所有步骤。

本发明通过考虑载荷、地震因素对煤矿地下水库坝体结构稳定性的影响，通过有效的试验、评价方法及可靠的装置、存储介质及电子设备，实现对煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的评价，为地下水库建设与长期运行安全提供保障。

附图说明

图1为本发明一种抗震稳定性试验评价装置的结构示意图；

图2为本发明一种如前所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法的工作流程图；

图3为本发明最佳实施例一种煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性试验方法的流程示意图；

图4为本发明最佳实施例一种煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性评价方法流程示意图；

图5为本发明一种电子设备的硬件结构示意图。

标记说明

1-筑模单元；11-煤柱坝体筑模框架；111-底板；112-中部反力框架；113-顶部反力框架；12-人工坝体筑模模具；2-载荷模拟单元；21-加压油缸；3-振动模拟单元；31-控制器；32-油源系统；33-作动器；331-底部作动器；332-侧方作动器；34-振动台面；35-管线；4-采集单元；5-计算单元；6-评价单元；7-地基。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一

如图1所示为本发明一种抗震稳定性试验评价装置的结构示意图，包括：筑模单元1、载荷模拟单元2、振动模拟单元3、采集单元4、计算单元5、评价单元6、以及地基7，其中：

所述筑模单元1固定在振动模拟单元3上，用于铺设浇筑煤矿地下水库坝体结构模型；

所述载荷模拟单元2与所述筑模单元1连接，用于模拟煤矿地下水库坝体结构模型所受载荷作用；

所述振动模拟单元3固定在所述地基7上，用于模拟地震波对煤矿地下水库坝体结构模型的作用及影响；

所述采集单元4包括与所述筑模单元1连接的传感器，用于采集评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的试验数据；

所述计算单元5与所述采集单元4通信连接，用于根据所述试验数据，计算所述煤矿地下水库坝体结构模型的评价指标实测值；

所述评价单元6与所述计算单元5通信连接，用于将所述评价指标实测值与模型材料的评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

具体来说，筑模单元1用于铺设浇筑煤矿地下水库坝体结构模型。

而载荷模拟单元2用于模拟煤矿地下水库坝体结构模型所受载荷作用，可以包括垂直压力和侧向压力。

振动模拟单元3用于模拟地震波对煤矿地下水库坝体结构模型的作用及影响，通过振动平台模拟实现。

采集单元4用于采集评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性试验数据，包括应力、应变、位移试验数据。优选地，选择应力传感器、位移传感器、分布式光纤分别监测试验过程中煤矿地下水库坝体的应力、位移、应变参数变化情况。选择煤柱坝体、人工坝体重点区域分层布置。煤柱坝体布设应力传感器、分布式光纤，人工坝体布设应力传感器、位移传感器。

计算单元5，用于根据所述采集的试验数据，计算煤矿地下水库坝体结构模型的评价指标实测值，具体为：筛选煤柱坝体应力、局部拉应变突变值的最大值；人工坝体应力、位移最大值。

评价单元6，用于将计算单元中煤柱坝体应力、局部拉应变突变值的最大值和人工坝体应力、位移最大值与模型材料的抗压强度、抗剪强度、最大位移、等评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

本发明通过考虑载荷、地震因素对煤矿地下水库坝体结构稳定性的影响，通过有效的试验、评价方法及可靠的装置、存储介质及电子设备，实现对煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的评价，为地下水库建设与长期运行安全提供保障。

在其中一个实施例中，所述煤矿地下水库坝体结构模型包括煤矿地下水库底板、煤柱坝体、以及人工坝体，所述筑模单元1包括固定在所述振动模拟单元3上的煤柱坝体筑模框架11以及固定在所述煤柱坝体筑模框架11内的人工坝体筑模模具12，所述煤柱坝体筑模框架11用于铺设煤矿地下水库底板以及煤柱坝体，所述人工坝体筑模模具12用浇筑人工坝体。

具体来说，筑模单元1用于铺设煤矿地下水库底板、铺设煤柱坝体和浇筑人工坝体，其包括煤柱坝体筑模框架11和人工坝体筑模模具12。试验时，煤矿地下水库底板、煤柱坝体由相似材料铺设而成，模型首先在煤柱坝体筑模框架11内铺设煤矿地下水库底板；而后将在人工坝体筑模模具12内浇筑好的人工坝体嵌入煤矿地下水库底板中；最后在煤柱坝体筑模框架11铺设煤柱坝体，其位于人工坝体两侧，沿垂直于人工坝体方向布置，人工坝体嵌入煤柱坝体。

本实施例通过煤柱坝体筑模框架和人工坝体筑模模具，方便铺设煤矿地下水库底板、铺设煤柱坝体和浇筑人工坝体。

在其中一个实施例中，所述煤柱坝体筑模框架11包括：从下到上依次固定连接的底板111、中部反力框架112、以及顶部反力框架113，所述底板111固定在所述振动模拟单元3上，所述中部反力框架112包括多榀叠加的水平环向结构，所述人工坝体筑模模具12位于所述中部反力框架112内并固定在所述底板111上，每榀所述水平环向结构四周设置凹槽，所述凹槽内设置有与所述水平环向结构连接的高硼硅玻璃。

具体来说，煤柱坝体筑模框架11采用模块化设计，由底板111、中部反力框架112、顶部反力框架113组成，底板111为钢板，通过螺栓与振动台面34连接；中部反力框架112由多榀(例如5榀)水平环向结构叠加而成，榀式结构四周设置凹槽用于布置高硼硅玻璃，高硼硅玻璃通过胶体与反力钢结构(即水平环向结构)连接。

本实施例通过设置底板、中部反力框架以及顶部反力框架，实现煤柱坝体筑模框架的模块化设计。

在其中一个实施例中，所述载荷模拟单元2包括固定在所述煤柱坝体筑模框架11顶部的加压油缸21以及固定在所述煤柱坝体筑模框架11以及所述人工坝体筑模模具12之间的水袋(图中未示出)。

具体来说，通过煤柱坝体筑模框架上部油缸加压模拟实现煤矿地下水库坝体结构模型所受垂直压力。装有碎石和水的水袋模拟实现煤矿地下水库坝体结构模型所受的侧向压力。

本实施例通过加压油缸和水袋模拟压力，方便试验。

在其中一个实施例中，所述振动模拟单元3包括控制器31、油源系统32、作动器33、以及振动台面34，所述控制器31与所述油源系统32通信连接，所述油源系统32与所述作动器33连接，所述筑模单元1固定在所述振动台面34上，所述控制器31控制所述油源系统32驱动或停止驱动所述作动器33，所述作动器33包括底部作动器331和/或侧方作动器332，所述地基7包括容置所述振动台面34的地坑，所述底部作动器331一端固定在所述地坑底部，所述底部作动器331另一端固定在所述振动台面34底部，所述侧方作动器332一端固定在所述地坑的侧壁，另一端固定在所述振动台面34的侧边。

具体来说，在振动模拟单元3的控制器31中输入地震波，控制油源系统32，通过管线35驱动作动器33运动，使振动台面34振动，模拟地震效果。作动器33包括模拟上下振动的底部作动器331和模拟左右振动的侧方作动器332。

本实施例通过作动器模拟振动，方便实现不同的地震波模拟效果。

作为本发明最佳实施例，如图1所示，一种抗震稳定性试验评价装置，包括：筑模单元1、载荷模拟单元2、振动模拟单元3、采集单元4、计算单元5、评价单元6、以及地基7，其中：

筑模单元1，用于铺设煤柱坝体和浇筑人工坝体，包括煤柱坝体筑模框架11和人工坝体筑模模具12，通过螺栓与振动台面34连接。煤柱坝体筑模框架11：采用模块化设计，由底板111、中部反力框架112、顶部反力框架113组成，底板111为厚20mm的钢板，通过螺栓与振动台面34连接；中部反力框架112由5榀水平环向结构叠加而成，每榀高200mm，每榀厚度为100mm，组成榀式结构板材厚10mm，榀式结构四周设置20mm的凹槽用于布置高硼硅玻璃，高硼硅玻璃厚度为19mm，通过胶体与反力钢结构连接；顶部反力框架113板厚15mm，肋板高85mm，肋板厚度10mm。框架内部空间1000×600×1000mm(长×宽×高)，外部尺寸1200×800×1120mm(长×宽×高)。人工坝体筑模模具12：由不锈钢板制成。平板型模具由前后2个相同的模板拼装而成，通过螺栓连接。模具内部空间500×100×500mm(长×宽×高)。

载荷模拟单元2，用于模拟煤矿地下水库坝体结构模型所受载荷作用，包括垂直压力和侧向压力。垂直压力，通过位于煤柱坝体筑模框架11上部加压油缸21模拟实现，加压油缸21通过螺栓与煤柱坝体筑模框架11连接；侧向压力通过装有碎石和水的水袋模拟实现，水袋尺寸为400×250×450mm(长×宽×高)。

振动模拟单元3，用于模拟地震波对煤矿地下水库坝体结构模型的作用及影响，通过振动平台模拟实现。包括：控制器31、油源系统32、管线35、作动器33、振动台面34。控制器31通过管线35与油源系统32相连；油源系统32通过管线35与作动器33相连。作动器33包括底部作动器331和侧方作动器332。底部作动器331下端固定在地基7上，上端固定在振动台面34底部。侧方作动器332一端固定在地基7的坑壁，另一端固定在振动台面34的侧面。振动模拟时，在控制器31的操作系统中输入地震波，通过油源系统32驱动，使振动台面34振动，模拟地震效果。

采集单元4，用于采集评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性试验数据，包括应力、应变、位移试验数据。

计算单元5，用于根据所述采集的试验数据，计算筛选煤柱坝体应力最大值、煤柱坝体局部拉应变突变的峰值、煤柱坝体局部拉应变突变次数、人工坝体应力最大值、人工坝体位移最大值、煤柱坝体局部拉应变突变值的最大值。

评价单元6，用于将计算单元中煤柱坝体应力最大值、煤柱坝体局部拉应变突变的峰值、煤柱坝体局部拉应变突变次数、人工坝体应力最大值、人工坝体位移最大值等参数与模型材料的抗压强度、抗剪强度、最大位移、等评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

实施例二

如图2所示为本发明一种如前所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法的工作流程图，包括：

步骤S201，在完成煤矿地下水库坝体结构模型铺设浇筑后，将选取的地震波通过所述振动模拟单元3输出；

步骤S202，获取计算单元5根据采集单元4采集煤矿地下水库坝体结构模型的试验数据计算得到的评价指标实测值；

步骤S203，将所述评价指标实测值与模型材料的评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

具体来说，步骤S201在完成煤矿地下水库坝体结构模型之后，输入地震波，然后步骤S202在采集评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的试验数据后，根据所述试验数据，计算评价指标实测值，例如筛选煤柱坝体模型应力、局部拉应变突变值的最大值；人工坝体模型应力、位移最大值。最后步骤S203，将计算筛选的试验数据与模型材料的抗压强度、抗剪强度、最大位移等评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

本发明通过考虑载荷、地震因素对煤矿地下水库坝体结构稳定性的影响，通过有效的试验、评价方法及可靠的装置、存储介质及电子设备，实现对煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的评价，为地下水库建设与长期运行安全提供保障。

在其中一个实施例中：

所述煤矿地下水库坝体结构模型包括煤矿地下水库底板、煤柱坝体、以及人工坝体；

所述试验数据包括：应力试验数据、位移试验数据以及应变试验数据；

所述评价指标实测值包括：煤柱坝体应力最大值、煤柱坝体局部拉应变突变的峰值、煤柱坝体局部拉应变突变次数、人工坝体应力最大值、人工坝体位移最大值。

在其中一个实施例中，所述将所述评价指标实测值与模型材料的评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性，具体包括：

当一次地震波输出时间内，所述煤柱坝体应力最大值大于煤柱坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，判断为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差；或者

当一次地震波输出时间内，所述人工坝体应力最大值大于人工坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，判断为人工坝体结构失稳，抗震性能差；或者

当一次地震波输出时间内，所述人工坝体位移最大值大于人工坝体可移动的极限位移值时，判断为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差；或者

当一次地震波输出时间内，所述煤柱坝体局部拉应变突变次数超过预设次数阈值，或煤柱坝体局部拉应变峰值形状呈尖峰状，判断为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差。

本发明的抗震稳定性试验评价装置提供试验模型筑造框架和模具，实现载荷及振动模拟，具有试验数据采集、计算及评价功能。根据试验方法进行模型设计和铺设、监测方案制定、地震波选取，开展坝体结构抗震稳定性试验，采集试验数据，并存于存储介质中。根据评价方法，选取评价指标，进行数据分析。调用存储介质中的试验数据，利用电子设备计算筛选煤柱坝体、人工坝体模型应力、位移最大值、局部拉应变突变值的最大值。根据判定准则与评价指标参数进行比较，得到比较结果，评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。本发明通过考虑载荷、地震因素对煤矿地下水库坝体结构稳定性的影响，通过有效的试验、评价方法及可靠的装置、存储介质及电子设备，实现对煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的评价，为地下水库建设与长期运行安全提供保障。

作为本发明最佳实施例，一种煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的试验评价方法，所述方法包括：试验方法和评价方法2部分。

1、试验方法：模型设计铺设、监测方案制定、地震波选取、试验数据采集。

(1)模型设计铺设：模型由煤矿地下水库底板、煤柱坝体和人工坝体共同组成，整体最大尺寸为1000mm×600mm×1000mm(长×宽×高)。煤矿地下水库底板、煤柱坝体由相似材料铺设而成，常用相似材料骨料及配比为石英砂54.40％、重晶石14.70％、滑石粉25.70％、白水泥5.20％、硅油2.00％，添加剂占骨料比例为硅油2.00％、水10.00％。人工坝体设计尺寸为500mm×100mm×400mm、500mm×100mm×500mm(长×宽×高)，按照水灰比0.4-0.6浇筑而成。模型首先铺设煤矿地下水库底板；而后将浇筑好的人工坝体嵌入煤矿地下水库底板中，嵌入深度50mm；最后铺设煤柱坝体，其位于人工坝体两侧，沿垂直于人工坝体方向布置，人工坝体嵌入煤柱坝体深度为30-50mm。煤柱坝体和人工坝体模型材料留样进行力学试验，获取抗压强度、抗剪强度等力学参数。

(2)监测方案制定：选取应力传感器、位移传感器、分布式光纤分别监测试验过程中煤矿地下水库坝体的应力、位移、应变参数变化情况。选择煤柱坝体、人工坝体重点区域分层布置。煤柱坝体布设应力传感器、分布式光纤，人工坝体布设应力传感器、位移传感器。

(3)地震波选取：输入的地震波选择国际上常用的典型地震波埃而森特罗波(EICentro)，持续时间取54s。试验过程中依据峰值加速度大小逐级输入地震波(0.05g、0.1g、0.15g、0.2g、0.25g、0.3g、0.35g、0.4g、0.45g、0.5g，…，直到模型破坏或满载)，以模拟不同烈度的地震作用。输入过程中，地震波形保持不变，加速度大小按比例进行缩放以适应不同的地震烈度。

(4)试验数据采集：采集试验过程中煤矿地下水库坝体的应力、应变、位移试验数据，用以评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

2、评价方法：评价指标选取、判定准则制定、数据分析、评价结论。

(1)评价指标选取：选取抗压强度、抗剪强度、最大位移、局部拉应变突变次数、局部拉应变突变峰值形状为评价指标参数。

(2)判定准则制定：当1次地震波输出时间内，采集的应力试验数据最大值大于煤柱坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，认为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差；当1次地震波输出时间内，采集的应力试验数据最大值大于人工坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，认为人工坝体结构失稳，抗震性能差；当1次地震波输出时间内，采集的位移试验数据最大值大于人工坝体可移动的极限位移值时，认为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差；当1次地震波输出时间内，采集的应变试验数据中多次(≥5)出现局部拉应变突变，或峰值形状呈尖峰状，认为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差。上述评价指标参数权重相等，当且仅当5项评价指标均判定煤柱及人工坝体结构稳定时，认为煤矿地下水库坝体结构稳定、抗震性能好。

(3)数据分析：根据所述应力试验数据，分析所述目标煤柱坝体的塑性屈服范围，当采集的应力试验数据最大值大于煤柱坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，认为该应力监测点位置的煤柱坝体处于塑性状态，结构失稳。根据所述应力试验数据，分析所述目标人工坝体的塑性屈服范围，当采集的应力试验数据最大值大于人工坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，认为该应力监测点位置的人工坝体处于塑性状态，结构失稳。根据所述位移试验数据，分析所述目标煤柱坝体剪切破坏范围，当采集的位移试验数据最大值大于人工坝体可移动的极限位移值时，认为煤柱坝体结构发生剪切破坏，结构失稳失稳。根据所述应变试验数据，分析所述目标煤柱坝体裂隙发育范围，当采集的应变试验数据中多次(≥5)出现局部拉应变突变，或峰值形状呈尖峰状，认为该监测点位置的煤柱坝体裂隙急速发育，结构破坏失稳。

(3)评价结果：将所述目标煤柱坝体应力、应变试验数据，人工坝体应力、位移试验数据的分析结果，根据判断准则与所述评价模型的评价指标参数进行比较，得到比较结果。根据所述比较结果评价所述煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

本发明提供的一种煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性试验评价方法，包括：采集评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的试验数据；根据所述试验数据，计算筛选煤柱坝体模型应力、局部拉应变突变值的最大值；人工坝体模型应力、位移最大值。根据计算单元中煤柱坝体应力、局部拉应变突变值的最大值和人工坝体应力、位移最大值。将计算筛选的试验数据与模型材料的抗压强度、抗剪强度、最大位移等评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

本发明通过考虑载荷、地震因素对煤矿地下水库坝体结构稳定性的影响，通过有效的试验、评价方法及可靠的装置、存储介质及电子设备，实现对煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的评价，为地下水库建设与长期运行安全提供保障。

如图3所示为本发明最佳实施例一种煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性试验方法的流程示意图，包括：

S301、模型设计铺设。

模型设计分为煤矿地下水库底板、煤柱坝体和人工坝体3部分，采用如前所述的抗震稳定性试验评价装置进行铺设。整体最大尺寸为1000mm×600mm×1000mm(长×宽×高)。其中，煤矿地下水库底板、煤柱坝体由相似材料铺设而成，常用相似材料骨料及配比为石英砂54.40％、重晶石14.70％、滑石粉25.70％、白水泥5.20％、硅油2.00％，添加剂占骨料比例为硅油2.00％、水10.00％。人工坝体设计尺寸为500mm×100mm×400mm、500mm×100mm×500mm(长×宽×高)，按照水灰比0.4-0.6浇筑而成。煤柱坝体和人工坝体模型材料留样进行力学试验，获取抗压强度、抗剪强度等力学参数。模型铺设顺序为①铺设煤矿地下水库底板；②将浇筑好的人工坝体嵌入煤矿地下水库底板中，嵌入深度50mm；③铺设煤柱坝体，其位于人工坝体两侧，沿垂直于人工坝体方向布置，人工坝体嵌入煤柱坝体深度为30-50mm。

S302、监测方案制定。

选取应力传感器、位移传感器、分布式光纤分别监测试验过程中煤矿地下水库坝体的应力、位移、应变参数变化情况。选择煤柱坝体、人工坝体重点区域分层布置。煤柱坝体布设应力传感器、分布式光纤，人工坝体布设应力传感器、位移传感器。

S303、地震波选取。

输入的地震波选择国际上常用的典型地震波埃而森特罗波(EI Centro)，持续时间取54s。试验过程中依据峰值加速度大小逐级输入地震波(0.05g、0.1g、0.15g、0.2g、0.25g、0.3g、0.35g、0.4g、0.45g、0.5g，…，直到模型破坏或满载)，以模拟不同烈度的地震作用。输入过程中，地震波形保持不变，加速度大小按比例进行缩放以适应不同的地震烈度。

S304、试验数据采集。

采集试验过程中煤矿地下水库坝体的应力、应变、位移试验数据，用以评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

如图4所示为本发明最佳实施例一种煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性评价方法流程示意图，包括：

S401、评价指标选取。

选取抗压强度、抗剪强度、最大位移、局部拉应变突变次数、局部拉应变突变峰值形状为评价指标参数。

S402、判断准则制定。

当1次地震波输出时间内，采集的应力试验数据最大值大于煤柱坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，认为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差；当1次地震波输出时间内，采集的应力试验数据最大值大于人工坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，认为人工坝体结构失稳，抗震性能差；当1次地震波输出时间内，采集的位移试验数据最大值大于人工坝体可移动的极限位移值时，认为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差；当1次地震波输出时间内，采集的应变试验数据中多次(≥5)出现局部拉应变突变，或峰值形状呈尖峰状，认为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差。上述评价指标参数权重相等，当且仅当5项评价指标均判定煤柱及人工坝体结构稳定时，认为煤矿地下水库坝体结构稳定、抗震性能好。

S403、数据分析。

根据所述应力试验数据，分析所述目标煤柱坝体的塑性屈服范围，当采集的应力试验数据最大值大于煤柱坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，认为该应力监测点位置的煤柱坝体处于塑性状态，结构失稳。根据所述应力试验数据，分析所述目标人工坝体的塑性屈服范围，当采集的应力试验数据最大值大于人工坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，认为该应力监测点位置的人工坝体处于塑性状态，结构失稳。根据所述位移试验数据，分析所述目标煤柱坝体剪切破坏范围，当采集的位移试验数据最大值大于人工坝体可移动的极限位移值时，认为煤柱坝体结构发生剪切破坏，结构失稳失稳。根据所述应变试验数据，分析所述目标煤柱坝体裂隙发育范围，当采集的应变试验数据中多次(≥5)出现局部拉应变突变，或峰值形状呈尖峰状，认为该监测点位置的煤柱坝体裂隙急速发育，结构破坏失稳。

S404、评价结果。

将所述目标煤柱坝体应力、应变试验数据，人工坝体应力、位移试验数据分析结果，根据所述评价模型的评价指标参数进行比较，得到比较结果。根据所述比较结果评价所述煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

实施例三

如图5所示为本发明一种电子设备的硬件结构示意图，包括：

至少一个处理器501；以及，

与至少一个所述处理器501通信连接的存储器502；其中，

所述存储器502存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行如前所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法。

图5中以一个处理器501为例。

电子设备还可以包括：输入装置503、显示装置504和通信组件505。

处理器501、存储器502、输入装置503、显示装置504、通信组件505可以通过总线或者其他方式连接，图中以通过总线连接为例。

其中，处理器501用于执行如实施例一种抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法中的全部或部分步骤。存储器502用于存储各种类型的数据，这些数据例如可以包括电子设备中的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。

处理器501可以是专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述实施例一中的煤地下水库坝体结构抗震稳定性评价方法。

存储器502可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器，电可擦除可编程只读存储器，可擦除可编程只读存储器，可编程只读存储器，只读存储器，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

输入装置503可以为I/O接口，输入装置503为处理器501和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。

显示装置504可以为包括屏幕和音频组件的多媒体组件，该屏幕可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器或通过通信组件发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。

通信组件505用于该电子设备500与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，5G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件505可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。

本发明通过考虑载荷、地震因素对煤矿地下水库坝体结构稳定性的影响，通过有效的试验、评价方法及可靠的装置、存储介质及电子设备，实现对煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的评价，为地下水库建设与长期运行安全提供保障。

本发明一实施例提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如前所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法的所有步骤。

存储介质包括但不限于：闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可以实现如实施例一的方法步骤，本实施例在此不再重复赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种抗震稳定性试验评价装置，其特征在于，包括：筑模单元(1)、载荷模拟单元(2)、振动模拟单元(3)、采集单元(4)、计算单元(5)、评价单元(6)、以及地基(7)，其中：

所述筑模单元(1)固定在振动模拟单元(3)上，用于铺设浇筑煤矿地下水库坝体结构模型；

所述载荷模拟单元(2)与所述筑模单元(1)连接，用于模拟煤矿地下水库坝体结构模型所受载荷作用；

所述振动模拟单元(3)固定在所述地基(7)上，用于模拟地震波对煤矿地下水库坝体结构模型的作用及影响；

所述采集单元(4)包括与所述筑模单元(1)连接的传感器，用于采集评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性的试验数据；

所述计算单元(5)与所述采集单元(4)通信连接，用于根据所述试验数据，计算所述煤矿地下水库坝体结构模型的评价指标实测值；

所述评价单元(6)与所述计算单元(5)通信连接，用于将所述评价指标实测值与模型材料的评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

2.根据权利要求1所述的抗震稳定性试验评价装置，其特征在于，所述煤矿地下水库坝体结构模型包括煤矿地下水库底板、煤柱坝体、以及人工坝体，所述筑模单元(1)包括固定在所述振动模拟单元(3)上的煤柱坝体筑模框架(11)以及固定在所述煤柱坝体筑模框架(11)内的人工坝体筑模模具(12)，所述煤柱坝体筑模框架(11)用于铺设煤矿地下水库底板以及煤柱坝体，所述人工坝体筑模模具(12)用浇筑人工坝体。

3.根据权利要求2所述的抗震稳定性试验评价装置，其特征在于，所述煤柱坝体筑模框架(11)包括：从下到上依次固定连接的底板(111)、中部反力框架(112)、以及顶部反力框架(113)，所述底板(111)固定在所述振动模拟单元(3)上，所述中部反力框架(112)包括多榀叠加的水平环向结构，所述人工坝体筑模模具(12)位于所述中部反力框架(112)内并固定在所述底板(111)上，每榀所述水平环向结构四周设置凹槽，所述凹槽内设置有与所述水平环向结构连接的高硼硅玻璃。

4.根据权利要求2所述的抗震稳定性试验评价装置，其特征在于，所述载荷模拟单元(2)包括固定在所述煤柱坝体筑模框架(11)顶部的加压油缸(21)以及固定在所述煤柱坝体筑模框架(11)以及所述人工坝体筑模模具(12)之间的水袋。

5.根据权利要求1所述的抗震稳定性试验评价装置，其特征在于，所述振动模拟单元(3)包括控制器(31)、油源系统(32)、作动器(33)、以及振动台面(34)，所述控制器(31)与所述油源系统(32)通信连接，所述油源系统(32)与所述作动器(33)连接，所述筑模单元(1)固定在所述振动台面(34)上，所述控制器(31)控制所述油源系统(32)驱动或停止驱动所述作动器(33)，所述作动器(33)包括底部作动器(331)和/或侧方作动器(332)，所述地基(7)包括容置所述振动台面(34)的地坑，所述底部作动器(331)一端固定在所述地坑底部，所述底部作动器(331)另一端固定在所述振动台面(34)底部，所述侧方作动器(332)一端固定在所述地坑的侧壁，另一端固定在所述振动台面(34)的侧边。

6.一种如权利要求1至5任一项所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法，其特征在于，包括：

在完成煤矿地下水库坝体结构模型铺设浇筑后，将选取的地震波通过所述振动模拟单元(3)输出；

获取计算单元(5)根据采集单元(4)采集煤矿地下水库坝体结构模型的试验数据计算得到的评价指标实测值；

将所述评价指标实测值与模型材料的评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性。

7.根据权利要求6所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法，其特征在于：

所述煤矿地下水库坝体结构模型包括煤矿地下水库底板、煤柱坝体、以及人工坝体；

所述试验数据包括：应力试验数据、位移试验数据以及应变试验数据；

所述评价指标实测值包括：煤柱坝体应力最大值、煤柱坝体局部拉应变突变的峰值、煤柱坝体局部拉应变突变次数、人工坝体应力最大值、人工坝体位移最大值。

8.根据权利要求7所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法，其特征在于，所述将所述评价指标实测值与模型材料的评价指标参数进行比较，得到比较结果，并根据所述比较结果评价煤矿地下水库坝体结构模型抗震稳定性，具体包括：

当一次地震波输出时间内，所述煤柱坝体应力最大值大于煤柱坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，判断为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差；或者

当一次地震波输出时间内，所述人工坝体应力最大值大于人工坝体模型材料的抗压强度或抗剪强度值时，判断为人工坝体结构失稳，抗震性能差；或者

当一次地震波输出时间内，所述人工坝体位移最大值大于人工坝体可移动的极限位移值时，判断为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差；或者

当一次地震波输出时间内，所述煤柱坝体局部拉应变突变次数超过预设次数阈值，或煤柱坝体局部拉应变峰值形状呈尖峰状，判断为煤柱坝体结构失稳，抗震性能差。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行如权利要求1至8任一项所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行如权利要求1～8任一项所述的抗震稳定性试验评价装置的试验评价方法的所有步骤。

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