【技术实现步骤摘要】
一种岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置
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中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置。
技术介绍
近年来研究表明,覆岩采动裂隙分布形态随工作面推进而变化。钱鸣高院士等人提出覆岩采动裂隙呈两阶段发展规律并形成“O”形圈分布特征,李树刚的论文《综放开采围岩活动及瓦斯运移》认为覆岩采动裂隙在空间上的分布是一个“椭抛带”形态,袁亮院士等人的论文《开采煤层顶板环形裂隙圈内走向长钻孔抽放瓦斯研究》认为“顶板环形裂隙圈”的特征,杨科等人的论文《采动裂隙分布及其演化特征的采厚效应》认为覆岩采动裂隙有4个阶段演化特征。林海飞的论文《覆岩采动裂隙演化形态的相似材料模拟实验》运用物理相似模拟实验,进一步分析覆岩采动裂隙产生发展的时空规律及其动态变化形态,提出了采动裂隙演化工程简化模型,证明了相似模拟实验用于裂隙发育演变的研究是可行的。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中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置。一种岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，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...
【技术保护点】
1.一种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：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)；在所述煤层(2)的上方设置有3个包括裂隙的裂隙带，从下至上依次为第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，长和宽依次为4000×1300mm、3000×900mm和2000×600mm；在所述模拟架(1)内部的底部设置有渗透水箱(901)，所述渗透水箱(901)通过水管与所述模拟架(1)外部的水箱相连，在所述水管上设置有控压阀(902)，在所述渗透水箱(901)的顶板上设置有多个渗水孔(903)，在所述渗透水箱(901)的内部设置有复合土工排水体。
【技术特征摘要】
1.一种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：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)；在所述煤层(2)的上方设置有3个包括裂隙的裂隙带，从下至上依次为第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，长和宽依次为4000×1300mm、3000×900mm和2000×600mm；在所述模拟架(1)内部的底部设置有渗透水箱(901)，所述渗透水箱(901)通过水管与所述模拟架(1)外部的水箱相连，在所述水管上设置有控压阀(902)，在所述渗透水箱(901)的顶板上设置有多个渗水孔(903)，在所述渗透水箱(901)的内部设置有复合土工排水体。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所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其特征在于：在所述含水层(3)的下方设置有隔水层(5)，在所述含水层(3)和所述隔水层(5)之间设置有3排渗压计(8)，每排6个，左右方向上相邻两个所述渗压计(8)之间的距离为700mm，前后方向上相邻两个所述渗压计(8)之间的距离为450mm。4.根据权利要求3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：所述隔水层(5)采用如下重量比的材料制备而成：中砂：重晶石粉：滑石粉：凡士林：硅油：水泥：水＝11.50：11.50：2.30：1.16：1.16：1：2；所述含水层(3)采用如下重量比的材料制备而成：中砂：重晶石粉：滑石粉：凡士林：硅油：水泥：水＝11.50：11.50：2.30：1.65：0.56：1：2。5.根据权利要求4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：还包括自动抚平加压骨料装置，包括设置在所述模拟架(1)上方的支撑杆(502)，在所述支撑杆(502)上活动连接液压支柱(503)，所述液压支柱(503)能够沿所述支撑杆(502)在左右方向上自由滑动，在所述液压支柱(503)的下端连接有抚平装置(504)或压实板(505)，所述抚平装置(504)通过旋转轴(506)固定在所述液压支柱(503)的下端，所述抚平装置(504)包括旋转杆(516)和固定在其下端的抚平轮(517)，所述抚平轮(517)由多个弧形的钢制杆体构成，所述旋转轴(506)包括从上至下依次连接的第一支柱卡槽(507)、旋转电机(508)和从动轴(509)，所述旋转轴(506)还包括传动杆(510)，所述传动杆(510)的上端设置在所述旋转电机(508)的中部，下端设置在所述从动轴(509)的底部；在所述模拟架(1)的两侧分别设置有一个固定支柱(511)，在所述固定支柱(511)上设置有升降装置(512)，所述支撑杆(502)的两端分别固定在两个所述升降装置(512)上；所述第一支柱卡槽(507)固定在所述液压支柱(503)的下端，所述从动轴(509)的下部和所述旋转杆(516)的上部设置有相互配合的螺纹结构，所述弧形的钢制杆体的数量为4个，所述抚平轮(517)能够顺时针和逆时针旋转；所述压实板(505)为圆形，在所述压实板(505)的上部设置有第二支柱卡槽(513)，固定在所述液压支柱(503)的下端。6.根据权利要求5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：所述固定支柱(511)与所述模拟架(1)之间的距离为2000mm，所述第一支柱卡槽(507)的内径为60mm，外径为80mm，高度为50mm，所述旋转电机(508)的直径为80mm，高度为50mm，所述传动杆(510)的直径为15mm，长度为150mm，所述从动轴(509)的直径为50mm，高度为50mm；所述抚平轮(517)旋转形成的圆的直径为1800mm，所述旋转杆(516)为中空结构，长度为400-600mm，内径为50mm；所述第二支柱卡槽(513)的内径为60mm，所述压实板...
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