一种岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置，包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层，在所述煤层(2)上方设置有含水层(3)，在所述含水层(3)中设置有含水层模拟系统(4)，在所述模拟架(1)上设置有覆岩塌陷监测系统，所述覆岩塌陷监测系统包括直尺(502)和设置在所述模拟架上的水平激光仪(501)，所述水平激光仪(501)设置在所述模拟架(1)的左侧，高度与最终铺设骨料的顶端高度相等。本发明专利技术所述的岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置具有实验简单快速效果好，结构稳定成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置
本专利技术涉及岩土工程及教育领域，特别是涉及一种岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置。
技术介绍
煤层的开挖使煤层顶板垮落，在煤层工作面的前后脚都会开始产生裂隙，逐步在顶板中间位置往两侧开始发育，裂隙产生-扩展-贯通，最终导致顶板垮落失稳。在现场观测中很难直接观察到围岩内部裂隙的演化过程。运用相似模拟理论在实验室进行相似模拟试验，观察顶板内部裂隙的演化规律，不失为解决该问题的一种有效方法。目前相似模拟试验主要以平面模型来进行研究。由于边界效应等影响，使得平面模型具有局限性，为此研制三维相似模拟试验台研究裂隙的发育具有重要意义。目前，对于三维相似模拟内部裂隙的预制和发育研究相对较少，对于裂隙的预制过程和方法还没有相关的研究，特别对于含水层下部采煤，裂隙的预制和演变都是需要研究的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便的岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置。一种岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置，其特征在于：包括模拟架和设置在其中的煤层和其他多个岩层，在所述煤层上方设置有含水层，在所述含水层中设置有含水层模拟系统，所述含水层模拟系统包括矩形的水袋，所述水袋的顶板和底板为高强度的塑胶板，四周为高强度的塑胶片，所述水袋的左右两侧分别连接有第一智能控压水箱和第二智能控压水箱，在所述水袋的底板上设置有多个喷水孔；在所述模拟架上设置有覆岩塌陷监测系统，所述覆岩塌陷监测系统包括直尺和设置在所述模拟架上的水平激光仪，所述水平激光仪设置在所述模拟架的左侧，高度与最终铺设骨料的顶端高度相等。本专利技术所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其中，所述喷水孔从前到后共7排，每排的中部均设置在所述水袋的长度方向的中线上，第1排和第7排的所述喷水孔的个数为30，第2排和第6排的所述喷水孔的个数为20，第3排～第5排的所述喷水孔的个数为10，所述喷水孔的直径为2mm；所述水袋的长宽高分别为5000mm、1500mm和16mm，所述塑胶板的厚度为3mm，所述水袋的内部空腔的高度为10mm，所述第一智能控压水箱进水，压力区间为0-4.5MPa，所述第二智能控压水箱出水，压力区间为0-3.5MPa，压力最大控制精度为0.1MPa；在模拟开始时，所述水袋的内部装满石蜡并冷藏，固定成型，然后作为一层岩层铺设到预设的所述含水层的位置，设置在所述含水层的中部，四周用骨料铺设；刚开始进水时，使用温度为45℃～60℃的水，慢慢融化石蜡并排除，所述第一智能控压水箱的压力比所述第二智能控压水箱大1.5MPa，2小时内逐步下降到0.5MPa的压差。本专利技术所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置还包括智能骨料装载压实系统，所述智能骨料装载压实系统包括支撑杆、U型骨料喷射装置和压实滚轮；所述支撑杆水平设置在所述模拟架的上部，所述U型骨料喷射装置包括骨料仓和搅拌轴，所述骨料仓由呈U字型设置的第一挡板和第二挡板构成，所述第一挡板的长度大于所述第二挡板的长度，所述第一挡板和第二挡板之间通过前侧板和后侧板连接，形成用于容纳骨料的仓体，在所述骨料仓的底部设置有缺口，在所述前侧板和所述后侧板之间固定有所述搅拌轴，在所述搅拌轴上均匀设置有多个凹槽，所述搅拌轴设置为分别与所述第一挡板和所述第二挡板内切，所述第一挡板的顶端与所述支撑杆活动连接；所述支撑杆为前后两根；在所述前侧板的外侧设置有电机，所述电机与智能控速系统连接，所述电机的转动轴与所述搅拌轴的转动轴之间通过皮带连接，所述电机的转动轴的直径为30mm，所述搅拌轴的转动轴的直径为150mm；所述压实滚轮的尺寸为外径0.3m，内径0.29m，长度2595mm，铁质，重量：380kg。本专利技术所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其中，岩层的铺设过程采用所述智能骨料装载压实系统，首先采用搅拌机对骨料进行搅拌，搅拌均匀后按照需要量缓慢倒入U型骨料仓，U型骨料仓通过均匀分配，浇筑每层的骨料；所述智能骨料装载压实系统在使用时，压实滚轮在中间靠右的部分，U型骨料喷射装置以一定的喷射速率和一定的运移速度向右喷射骨料，达到中间位置时，停止喷射骨料和运移，将所述压实滚轮缓慢近乎匀速的移动到左边，然后所述U型骨料喷射装置重新开始喷射骨料和运移，完成骨料铺设后，继续将所述压实滚轮缓慢近乎匀速的从左边移到右边，然后所述U型骨料喷射装置又缓慢匀速地从右边移到左边，开始下一层铺设。本专利技术所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其中，在所述煤层的上方设置有5个包括裂隙的裂隙带，从下至上依次为第一裂隙带、第二裂隙带、第三裂隙带、第四裂隙带和第五裂隙带，长和宽依次为4000×1300mm、3500×1100mm、3000×900mm、2500×900mm和2000×900mm。本专利技术所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其中，所述裂隙采用裂隙预制装置制作而成，裂隙预制装置分为第一裂隙预制仪和第二裂隙预制仪，所述第一裂隙预制仪和所述第二裂隙预制仪均由固定片、固定在所述固定片上方的把手和固定在所述固定片下方的多个倾斜设置的裂隙刀片，其中，所述第一裂隙预制仪和所述第二裂隙预制仪中的所述裂隙刀片的倾斜角度相同，倾斜方向相反；所述裂隙刀片的厚度为1-3mm，宽度为10-100mm，长度为1-80mm，相邻两个所述裂隙刀片之间的距离为50mm，所述固定片的宽度为100mm，长度为800mm。本专利技术所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其中，所述裂隙的制备方法包括如下步骤：先使用所述第一裂隙预制仪，手拿把手，沿着所述裂隙刀片的方向按下，当所述固定片贴到骨料表面时，再沿着所述裂隙刀片的方向拔出，整个过程使所述固定片水平；然后使用所述第二裂隙预制仪，因为所述第一裂隙预制仪与所述第二裂隙预制仪的所述裂隙刀片是对称关系，因此，当所述第二裂隙预制仪的每个所述裂隙刀片均与所述第一裂隙预制仪预制的裂隙端口重合时，即形成了倒V型裂隙；由于所述固定片的长度有限，因此需要连续接替的在骨料界面预制裂隙，最终形成了所述裂隙带。本专利技术所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其中，所述模拟架为长方体结构，在其底部设置有椭圆形的渗透水箱，所述渗透水箱的内部设置有复合土工排水体，在所述渗透水箱的顶部设置有多个渗水孔，在所述渗透水箱和所述模拟架之间的空隙采用骨料填充；所述渗透水箱通过水管与外部水箱相连，在所述水管上设置有控压阀。本专利技术所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其中，所述渗透水箱的长轴长为3500mm，短轴长为2500mm，高为100mm，PVC材质，所述渗水孔的直径为1mm，相邻两个所述渗水孔之间的距离为50mm；所述模拟架的长宽高分别为4000mm、2500mm和3000mm，所述渗水孔的设置方式为：以所述模拟架底板的中心为圆心呈圆形分布，有多个同心圆，最小的圆直径为200mm，所述渗水孔数量为10个，以此往外每一个圆直径增加100mm，所述渗水孔数量增加2个，最外面的一个圆直径为2000mm，所述渗水孔数量为46个；本专利技术所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其中，所述复合土工排水体由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置，其特征在于：包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层，在所述煤层(2)上方设置有含水层(3)，在所述含水层(3)中设置有含水层模拟系统(4)，所述含水层模拟系统(4)包括矩形的水袋(401)，所述水袋(401)的顶板和底板为高强度的塑胶板，四周为高强度的塑胶片，所述水袋(401)的左右两侧分别连接有第一智能控压水箱(402)和第二智能控压水箱(403)，在所述水袋(401)的底板上设置有多个喷水孔(404)；在所述模拟架(1)上设置有覆岩塌陷监测系统，所述覆岩塌陷监测系统包括直尺(502)和设置在所述模拟架上的水平激光仪(501)，所述水平激光仪(501)设置在所述模拟架(1)的左侧，高度与最终铺设骨料的顶端高度相等。

【技术特征摘要】
1.一种岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置，其特征在于：包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层，在所述煤层(2)上方设置有含水层(3)，在所述含水层(3)中设置有含水层模拟系统(4)，所述含水层模拟系统(4)包括矩形的水袋(401)，所述水袋(401)的顶板和底板为高强度的塑胶板，四周为高强度的塑胶片，所述水袋(401)的左右两侧分别连接有第一智能控压水箱(402)和第二智能控压水箱(403)，在所述水袋(401)的底板上设置有多个喷水孔(404)；在所述模拟架(1)上设置有覆岩塌陷监测系统，所述覆岩塌陷监测系统包括直尺(502)和设置在所述模拟架上的水平激光仪(501)，所述水平激光仪(501)设置在所述模拟架(1)的左侧，高度与最终铺设骨料的顶端高度相等。2.根据权利要求1所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其特征在于：所述喷水孔(404)从前到后共7排，每排的中部均设置在所述水袋(401)的长度方向的中线上，第1排和第7排的所述喷水孔(404)的个数为30，第2排和第6排的所述喷水孔(404)的个数为20，第3排～第5排的所述喷水孔(404)的个数为10，所述喷水孔(404)的直径为2mm；所述水袋(401)的长宽高分别为5000mm、1500mm和16mm，所述塑胶板的厚度为3mm，所述水袋(401)的内部空腔的高度为10mm，所述第一智能控压水箱(402)进水，压力区间为0-4.5MPa，所述第二智能控压水箱(403)出水，压力区间为0-3.5MPa，压力最大控制精度为0.1MPa；在模拟开始时，所述水袋(401)的内部装满石蜡并冷藏，固定成型，然后作为一层岩层铺设到预设的所述含水层(3)的位置，设置在所述含水层(3)的中部，四周用骨料铺设；刚开始进水时，使用温度为45℃～60℃的水，慢慢融化石蜡并排除，所述第一智能控压水箱(402)的压力比所述第二智能控压水箱(403)大1.5MPa，2小时内逐步下降到0.5MPa的压差。3.根据权利要求2所述的岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置，其特征在于：还包括智能骨料装载压实系统，所述智能骨料装载压实系统包括支撑杆(21)、U型骨料喷射装置(22)和压实滚轮(23)；所述支撑杆(21)水平设置在所述模拟架(1)的上部，所述U型骨料喷射装置(22)包括骨料仓和搅拌轴(24)，所述骨料仓由呈U字型设置的第一挡板(25)和第二挡板(26)构成，所述第一挡板(25)的长度大于所述第二挡板(26)的长度，所述第一挡板(25)和第二挡板(26)之间通过前侧板和后侧板连接，形成用于容纳骨料的仓体，在所述骨料仓的底部设置有缺口(27)，在所述前侧板和所述后侧板之间固定有所述搅拌轴(24)，在所述搅拌轴(24)上均匀设置有多个凹槽，所述搅拌轴(24)设置为分别与所述第一挡板(25)和所述第二挡板(26)内切，所述第一挡板(25)的顶端与所述支撑杆(21)活动连接；所述支撑杆(21)为前后两根；在所述前侧板的外侧设置有电机，所述电机与智能控速系统连接，所述电机的转动轴与所述搅拌轴(24)的转动轴之间通过皮带连接，所述电机的转动轴的直径为30mm，所述搅拌轴(24)的转动轴的直径为150mm；所述压实滚轮(23)的尺寸为外径0.3m，内径0.29m，长度2595mm，铁质，重量：380kg。4.根据权利要求3所述的岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置，其特征在于：岩层的铺设过程采用所述智能骨料装载压实系统，首先采用搅拌机对骨料进行搅拌，搅拌均匀后按照需要量缓慢倒入U型骨料仓，U型骨料仓通过均匀分配，浇筑每层的骨料；所述智能骨料装载压实系统在使用时，压实滚轮(23)在中间靠右的部分，U型骨料喷射装置(22)以一定的喷射速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽，
申请(专利权)人：赵丽，
类型：发明
国别省市：北京,11