一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台制造技术

一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，包括主框架、四个压板及四组千斤顶；四组千斤顶内均包含有若干等距排列的千斤顶，若干千斤顶采用统一或分别控制方式；相似模型中心开设有用于模拟巷道的预制孔洞，预制孔洞通过模具进行成型。实验方法为：搭建实验台并完成相似模型制备；对相似模型施加竖向载荷用于模拟巷道最大或最小主应力，对相似模型施加水平载荷用于模拟巷道最小或最大主应力；调整最大主应力与最小主应力的比值，观察预制孔洞周围破坏区形状；通过改变最大或最小主应力方向，可使预制孔洞周围破坏区形状发生转动。在制备相似模型前，先行制备一个小尺寸试样，获取其单轴抗压强度，进行相似模拟实验时作为参考安全限值。

A Similar Simulating Test Bench for Butterfly-shaped Failure Zone of Roadway

【技术实现步骤摘要】
一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台
本技术属于物理相似模拟实验
，特别是涉及一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台。
技术介绍
巷道对于煤矿来说起着至关重要的作用，研究巷道围岩破坏区的破坏形状以及对巷道采取合理的支护措施具有重要的意义。通过物理相似模拟实验进行研究，可模拟现场巷道的围岩性质、初始地应力状态及边界条件，通过模拟现场应力环境以及施加应力使巷道围岩变形，可观察巷道围岩破坏区的破环形状。对于巷道围岩的破坏形态问题，其在力学本质上则是巷道围岩的弹塑性问题，通常会采用弹塑性力学中圆孔的平面应变模型来解决圆形巷道围岩应力分布和弹塑性形态，且巷道应力场中存在最大主应力、最小主应力，并定义η为巷道所受最大主应力与最小主应力比值。通过查阅现有文献可知，在不同应力条件下，圆形巷道围岩破坏区具有三种基本形态，即圆形、椭圆形和蝶形。当η＝1时，破坏区为圆形形态；当η由1增大时，围压方向上的围岩破坏区出现扩展，巷道围岩破坏区由圆形形态逐渐演化为椭圆形形态；随着η的进一步增大，并且达到一定值以后，破坏区则会呈现出蝶形形状，此后即使η继续增大，破坏区的形状也不再变化，只是蝶形的尺寸会继续增大。物理相似模拟实验已经广泛应用于一些行业的工程实践中，而用于物理相似模拟实验的设备主要为三维地质力学试验台，通过三维地质力学试验台可以满足巷道围岩破坏研究。但是，三维地质力学试验台仍存在一些不足，由于试验台的尺寸较大，导致实验时操作比较困难，而且试验台无法轻易移动，导致试验台的灵活性极差，并且相似模型的尺寸也较大，导致相似材料的使用量较多，同时三维地质力学试验台需要较长的搭建时间，而且相似模型在试验台内的固化时间也较长，导致实验周期较长。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术提供一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，具有尺寸小、实验时操作简单、便于移动、搭建时间短、相似模型尺寸小、相似模型固化时间短、实验周期短的特点。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，包括主框架、顶部压板、底部压板、左侧压板、右侧压板、顶部千斤顶组、底部千斤顶组、左侧千斤顶组及右侧千斤顶组；所述主框架采用口字型结构，在主框架的前侧和后侧均设置有有机玻璃挡板，相似模型位于主框架内部；所述顶部千斤顶组竖直设置在主框架的顶梁上，所述顶部压板固连在顶部千斤顶组的活塞杆端部，顶部压板与相似模型的上表面顶靠接触；所述底部千斤顶组竖直设置在主框架的底梁上，所述底部压板固连在底部千斤顶组的活塞杆端部，底部压板与相似模型的下表面顶靠接触；所述左侧千斤顶组水平设置在主框架的左侧竖梁上，所述左侧压板固连在左侧千斤顶组的活塞杆端部，左侧压板与相似模型的左侧表面顶靠接触；所述右侧千斤顶组水平设置在主框架的右侧竖梁上，所述右侧压板固连在右侧千斤顶组的活塞杆端部，右侧压板与相似模型的右侧表面顶靠接触；所述主框架通过若干支脚固定设置在地面上。所述顶部千斤顶组、底部千斤顶组、左侧千斤顶组及右侧千斤顶组内均包含有若干个型号相同的千斤顶，且若干千斤顶等距排列。在所述相似模型的中心开设有预制孔洞，所述预制孔洞用于模拟巷道。所述预制孔洞的半径设为R，所述相似模型为正方形结构，相似模型的边长设为L，需要满足以下条件：5R≤(L/2-R)。所述预制孔洞通过模具进行成型，模具数量若干，若干模具的断面形状各不相同。一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验方法，采用了所述的巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，包括如下步骤：步骤一：搭建实验台，同时完成相似模型的制备；步骤二：通过顶部千斤顶组和底部千斤顶组配合对相似模型施加竖向载荷，用于模拟巷道最大主应力或最小主应力；同时，通过左侧千斤顶组和右侧千斤顶组配合对相似模型施加水平载荷，用于模拟巷道最小主应力或最大主应力；步骤三：调整最大主应力与最小主应力的比值，观察预制孔洞周围破坏区形状，通过预制孔洞周围破坏区形状来判断实际巷道围岩的破坏区形状。在正式制备相似模型前，需要先行利用相似材料制备一个小尺寸试样，通过单轴抗压实验对小尺寸试样进行加载测试，以获取小尺寸试样的单轴抗压强度，在进行相似模拟实验时，该单轴抗压强度作为施加最大主应力和最小主应力时的参考安全限值。所述顶部千斤顶组、底部千斤顶组、左侧千斤顶组及右侧千斤顶组在施加载荷时，其内的若干千斤顶采用统一控制方式或分别控制方式。当千斤顶采用分别控制方式时，通过对每个千斤顶施加不同的载荷力，以使主应力的方向发生改变，进而使预制孔洞周围破坏区形状发生转动。本技术的有益效果：本技术的巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，具有尺寸小、实验时操作简单、便于移动、搭建时间短、相似模型尺寸小、相似模型固化时间短、实验周期短的特点。本技术可以用于研究煤矿巷道的围岩破坏区以及破坏区形状，对巷道选择合理的支护措施具有重要意义。本技术不但可以设定巷道最大主应力和最小主应力的大小，而且可以调整巷道最大主应力和最小主应力的方向，提高的实验台的适用性。本技术通过设定巷道最大主应力和最小主应力的比值，可以使巷道围岩破坏区形状发生改变，对工程实践起到指导作用。本技术采用模具在相似模型上制备用于模拟圆形巷道的预制孔洞，相比于传统的挖掘制孔方式，可以避免对相似模型主体产生破坏，以提高实验精度。附图说明图1为本技术的一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台的结构示意图；图中，1—主框架，2—顶部压板，3—底部压板，4—左侧压板，5—右侧压板，6—顶部千斤顶组，7—底部千斤顶组，8—左侧千斤顶组，9—右侧千斤顶组，10—相似模型，11—支脚，12—地面，13—预制孔洞。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步的详细说明。如图1所示，一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，包括主框架1、顶部压板2、底部压板3、左侧压板4、右侧压板5、顶部千斤顶组6、底部千斤顶组7、左侧千斤顶组8及右侧千斤顶组9；所述主框架1采用口字型结构，在主框架1的前侧和后侧均设置有有机玻璃挡板，相似模型10位于主框架1内部；所述顶部千斤顶组6竖直设置在主框架1的顶梁上，所述顶部压板2固连在顶部千斤顶组6的活塞杆端部，顶部压板2与相似模型10的上表面顶靠接触；所述底部千斤顶组7竖直设置在主框架1的底梁上，所述底部压板3固连在底部千斤顶组7的活塞杆端部，底部压板3与相似模型10的下表面顶靠接触；所述左侧千斤顶组8水平设置在主框架1的左侧竖梁上，所述左侧压板4固连在左侧千斤顶组8的活塞杆端部，左侧压板4与相似模型10的左侧表面顶靠接触；所述右侧千斤顶组9水平设置在主框架1的右侧竖梁上，所述右侧压板5固连在右侧千斤顶组9的活塞杆端部，右侧压板5与相似模型10的右侧表面顶靠接触；所述主框架1通过若干支脚11固定设置在地面12上。所述顶部千斤顶组6、底部千斤顶组7、左侧千斤顶组8及右侧千斤顶组9内均包含有若干个型号相同的千斤顶，且若干千斤顶等距排列。在所述相似模型10的中心开设有预制孔洞13，所述预制孔洞13用于模拟巷道。所述预制孔洞13的半径设为R，所述相似模型10为正方形结构，相似模型10的边长设为L，需要满足以下条件：5R≤(L/2-R)。所述预制孔洞13通过模具进行成型，模具数量若干，若干模具的断面形状各不相同，可以是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，其特征在于：包括主框架、顶部压板、底部压板、左侧压板、右侧压板、顶部千斤顶组、底部千斤顶组、左侧千斤顶组及右侧千斤顶组；所述主框架采用口字型结构，在主框架的前侧和后侧均设置有有机玻璃挡板，相似模型位于主框架内部；所述顶部千斤顶组竖直设置在主框架的顶梁上，所述顶部压板固连在顶部千斤顶组的活塞杆端部，顶部压板与相似模型的上表面顶靠接触；所述底部千斤顶组竖直设置在主框架的底梁上，所述底部压板固连在底部千斤顶组的活塞杆端部，底部压板与相似模型的下表面顶靠接触；所述左侧千斤顶组水平设置在主框架的左侧竖梁上，所述左侧压板固连在左侧千斤顶组的活塞杆端部，左侧压板与相似模型的左侧表面顶靠接触；所述右侧千斤顶组水平设置在主框架的右侧竖梁上，所述右侧压板固连在右侧千斤顶组的活塞杆端部，右侧压板与相似模型的右侧表面顶靠接触；所述主框架通过若干支脚固定设置在地面上。

【技术特征摘要】
1.一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，其特征在于：包括主框架、顶部压板、底部压板、左侧压板、右侧压板、顶部千斤顶组、底部千斤顶组、左侧千斤顶组及右侧千斤顶组；所述主框架采用口字型结构，在主框架的前侧和后侧均设置有有机玻璃挡板，相似模型位于主框架内部；所述顶部千斤顶组竖直设置在主框架的顶梁上，所述顶部压板固连在顶部千斤顶组的活塞杆端部，顶部压板与相似模型的上表面顶靠接触；所述底部千斤顶组竖直设置在主框架的底梁上，所述底部压板固连在底部千斤顶组的活塞杆端部，底部压板与相似模型的下表面顶靠接触；所述左侧千斤顶组水平设置在主框架的左侧竖梁上，所述左侧压板固连在左侧千斤顶组的活塞杆端部，左侧压板与相似模型的左侧表面顶靠接触；所述右侧千斤顶组水平设置在主框架的右侧竖梁上，所述右侧压板固连在右侧千斤顶组的活塞杆端部，右侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：高旭，訾杨，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11