CN206563681U - 一种水平分级加载三维承载相似模拟试验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水平分级加载三维承载相似模拟试验台，其特征在于：包括试验架、液压千斤顶、水平加载装置、密封块、水平密封板、前密封板和后密封板，试验架左右两侧边框上均设置两列孔，试验架左边框内侧设置有若干水平加载装置，各水平加载装置自下而上地叠加，试验架上边框内侧左边设置有密封块，密封块右侧设置水平放置的水平密封板，水平密封板和试验架上边框之间设置若干液压千斤顶，试验架前面安装有若干个前密封板，试验架背面安装有一个后密封板，前、后密封板均与试验架左右两侧边框螺栓连接。本实用新型可使得模拟实验材料处于三轴受力状态，水平方向分级加载，可模拟不同的深部水平应力，尤其是可以模拟地质构造复杂的区域水平应力，更接近于真实效果，更符合实际现场。

Description

一种水平分级加载三维承载相似模拟试验台

技术领域

本实用新型涉及一种用于构造应力模拟的试验台,具体地说就是一种水平分级加载三维承载相似模拟试验台。

背景技术

相似材料模拟试验能够直观地显现煤层开采后其顶底板岩层破坏发育过程，是采矿工程中研究覆岩运动规律的重要试验方法。现有的相似材料模拟试验台绝大多数都是二维的，试验台前后面为自由面没有任何约束，试验加载时，只是在试验台上部施加载荷，二维相似材料模拟试验台只能解决平面应变问题；现有的三维相似材料模拟试验台只是试验台周围给予约束或水平方向施加同一载荷。

但在实际的煤矿生产过程中，煤层及其周围岩层是处于三轴受力状态，而且水平应力随着埋深增加也在增加，尤其在地质构造存在的情况下，水平应力会更加复杂，因此研究一种水平分级加载三维承载相似模拟试验装置可为现场煤层的开采提供正确的理论指导。

发明内容

本实用新型针对现有技术中的不足，目的是提供一种水平分级加载三维承载相似模拟试验台，该试验台可以在水平方向分级加载，可以更真实的模拟矿井水平应力，尤其是较复杂地质构造存在的情况下的水平应力。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种水平分级加载三维承载相似模拟试验台，其特征在于：包括试验架、液压千斤顶、水平加载装置、密封块、水平密封板、前密封板和后密封板，试验架为长方框体结构，试验架左右两侧边框上均设置两列孔，试验架左边框内侧固定设置有若干水平加载装置，各水平加载装置自下而上地叠加，试验架上边框内侧左边固定设置有密封块，密封块右侧设置水平放置的水平密封板，水平密封板为长条形板，水平密封板和试验架上边框之间固定设置有若干液压千斤顶，水平密封板、水平加载装置、试验架下边框与试验架右边框围成的区域为材料填充区，前密封板为两端带有孔的长条形板，后密封板为两端带有孔的长方板，液压千斤顶以下的试验架前面固定安装有若干个前密封板，前密封板两端的孔均与试验架左右两侧边框上的孔螺栓连接，液压千斤顶以下的试验架背面固定安装有一个后密封板，后密封板两端的孔均与试验架左右两侧边框上的孔螺栓连接。

上述的水平加载装置包括加载缸和U型挡板，加载缸左侧固定在长方体试验架上，右侧与U型挡板焊接，U型挡板开口向左，上下相邻的U型挡板压叠在一起且能左右滑动。

上述的前密封板和后密封板的材质均为透明有机玻璃。

本实用新型具有的有益效果为：与现有技术相比，本实用新型的U型挡板和试验架右边框对模拟实验材料起到水平方向上的密封作用，水平密封板和试验架上边框对模拟实验材料起到竖直方向上的密封作用，前密封板和后密封板对模拟实验材料起到前后方向上的密封作用，这样，模拟实验材料处于三轴受力状态；每个水平加载装置可独立施加载荷，每个加载缸不同程度的带动U型挡板伸出，可实现不同的水平力加载，使每一水平应力可根据现场实际情况进行施加，可以模拟不同的深部水平应力，尤其是可以模拟地质构造复杂的区域水平应力，水平方向分级加载，更接近于真实效果，更符合实际现场，可为现场煤层的开采提供正确的理论指导；若干个长条形的前密封板叠加来密封模拟实验材料，便于模拟开采时的拆卸和密封；前密封板和后密封板的材质均为透明有机玻璃，利于实验过程中的实时观测。本实用新型构造简单，使用方便，且制造成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型未安装前后密封板时的结构示意图。

图2为本实用新型安装前后密封板且填充有模拟实验材料时的结构示意图。

图3为本实用新型前密封板的结构示意图。

图4为本实用新型后密封板的结构示意图。

图5为本实用新型水平加载装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的、效果以及实施例有更加清楚的理解，现结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1-图5所示，该模拟试验台，包括试验架1、液压千斤顶2、水平加载装置3、密封块4、水平密封板9、前密封板7和后密封板8，试验架1为长方框体结构，试验架1左右两侧边框上均设置两列孔，试验架1左边框内侧固定设置有若干水平加载装置3，各水平加载装置3自下而上地叠加，试验架1上边框内侧左边固定设置有密封块4，密封块4右侧设置水平放置的水平密封板9，水平密封板9为长条形板，水平密封板9和试验架1上边框之间固定设置有若干液压千斤顶2，水平密封板9、水平加载装置3、试验架1下边框与试验架1右边框围成的区域为材料填充区6，前密封板7为两端带有孔的长条形板，后密封板8为两端带有孔的长方板，液压千斤顶2以下的试验架1前面固定安装有若干个前密封板7，前密封板7两端的孔均与试验架1左右两侧边框上的孔螺栓连接，液压千斤顶2以下的试验架1背面固定安装有一个后密封板8，后密封板8两端的孔均与试验架1左右两侧边框上的孔螺栓连接；水平加载装置3包括加载缸31和U型挡板32，加载缸31左侧固定在长方体试验架1上，右侧与U型挡板32焊接，U型挡板32开口向左，上下相邻的U型挡板32压叠在一起且能左右滑动，前密封板7和后密封板8的材质均为透明有机玻璃。

本实用新型具体按照如下进行操作，1）按照已设计好的实验方案，将配比好的模拟实验材料5铺设在材料填充区6内，在铺设过程中将压力传感器埋设到预先设计的位置，在铺设过程中及时将前密封板7和后密封板8安装上，直至铺设完成并确保前密封板7和后密封板8能完全密封铺设的模拟实验材料5；2）待模拟实验材料5铺设完成后，根据预先设定的压力给模拟实验材料5施加压力并保压，以使得模拟实验材料5受压达到实验要求，液压千斤顶2和水平加载装置3的压力要交替进行施加，直至施加到预期设定压力；3）待模拟实验材料5受压达到实验要求后，拆卸模拟开采部位对应的前密封板7对模拟实验材料5进行模拟开采，模拟开采完成后及时将该处的前密封板7封闭，过了一定的时间再重复进行模拟开采，直至全部模拟开采完成； 4）在模拟开采时要及时进行传感器数据采集和运用摄像机进行开挖全过程的拍摄。

上述方案中，U型挡板32和试验架1右边框对模拟实验材料5起到水平方向上的密封作用，水平密封板9和试验架1上边框对模拟实验材料5起到竖直方向上的密封作用，前密封板7和后密封板8对模拟实验材料5起到前后方向上的密封作用，这样，模拟实验材料5处于三轴受力状态。

上述方案中，每个水平加载装置3可独立施加载荷，每个加载缸31不同程度的带动U型挡板32伸出，可实现不同的水平力加载，使每一水平应力可根据现场实际情况进行施加，可以模拟不同的深部水平应力，尤其是可以模拟地质构造复杂的区域水平应力，水平方向分级加载，更接近于真实效果，更符合实际现场，可为现场煤层的开采提供正确的理论指导。

上述方案中，若干个长条形的前密封板7叠加来密封模拟实验材料5，便于模拟开采时的拆卸和密封。

上述方案中，前密封板7和后密封板8的材质均为透明有机玻璃，利于实验过程中的实时观测。

上述方案中，密封块4既对模拟实验材料5起到密封作用又能过保证水平加载装置3的载荷成功施加。

本实用新型构造简单，使用方便，且制造成本低廉。

Claims (3)

1.一种水平分级加载三维承载相似模拟试验台，其特征在于：包括试验架、液压千斤顶、水平加载装置、密封块、水平密封板、前密封板和后密封板，试验架为长方框体结构，试验架左右两侧边框上均设置两列孔，试验架左边框内侧固定设置有若干水平加载装置，各水平加载装置自下而上地叠加，试验架上边框内侧左边固定设置有密封块，密封块右侧设置水平放置的水平密封板，水平密封板为长条形板，水平密封板和试验架上边框之间固定设置有若干液压千斤顶，水平密封板、水平加载装置、试验架下边框与试验架右边框围成的区域为材料填充区，前密封板为两端带有孔的长条形板，后密封板为两端带有孔的长方板，液压千斤顶以下的试验架前面固定安装有若干个前密封板，前密封板两端的孔均与试验架左右两侧边框上的孔螺栓连接，液压千斤顶以下的试验架背面固定安装有一个后密封板，后密封板两端的孔均与试验架左右两侧边框上的孔螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的一种水平分级加载三维承载相似模拟试验台，其特征在于：所述的水平加载装置包括加载缸和U型挡板，加载缸左侧固定在长方体试验架上，右侧与U型挡板焊接，U型挡板开口向左，上下相邻的U型挡板压叠在一起且能左右滑动。

3.根据权利要求1所述的一种水平分级加载三维承载相似模拟试验台，其特征在于：所述的前密封板和后密封板的材质均为透明有机玻璃。