本发明专利技术公开了一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置，立式模型架包括长条形底座，以及竖直固定在长条形底座两端的立柱；两根立柱的同侧边沿之间可拆卸连接有多块挡板；多块挡板、两根立柱和长条形底座合围形成加载模拟区；加载机构位于加载模拟区的顶部开口处，且安装在两根立柱的顶端之间，并能够向加载模拟区内部竖向施加压力；承压水模拟机构包括置于加载模拟区底部的水袋，以及位于加载模拟区外部，且与水袋连接的控压组件。本发明专利技术提供的装置结构简单、设计合理，且使用操作简便，能有效解决现有平面相似模型架中存在的顶部荷载施加困难、应力场模拟不均、渗流场缺失、测试手段单一等缺陷，能够满足不同埋深模拟的试验需求。拟的试验需求。拟的试验需求。
【技术实现步骤摘要】
考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置
[0001]本专利技术涉及平面相似模型
，更具体地说涉及一种平面相似模型加载装置及测试系统，特别是一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置及测试系统。
技术介绍
[0002]相似物理模拟试验是解决采场围岩变形及巷道失稳的首要技术手段，而平面相似模型装置是进行相似物理模拟试验的基础设备。相似物理模拟试验的本质是按照一定的相似比(时间相似比、应力相似比、几何相似比等)将实际煤岩层制成模型尺寸，在控制模型与原型相似的条件下，对模型煤层或岩层进行开挖，从而对采场顶底板变形破坏、巷道围岩失稳、断层活化等特征进行监测分析。
[0003]目前，由于模型架尺寸受限，无法对整套煤系地层进行模拟，常用配重块等对煤层顶板进行荷载加压。但是随着采深的逐渐增加，配重块堆叠层数同比例增加，一定程度上加大了试验人员的危险性，而且配重块施工繁琐，无法对围岩应力场进行有效的模拟。同时，深部承压水对煤层开采具有严重的威胁，但是目前的平面模型架通常仅考虑应力场的影响，舍弃了承压含水层水压及渗流场的综合作用。在测试手段上，常在模型内部布设压力盒等点式传感器进行内部应力场的测量，但多为点式传感器，无法获得连续的分布式数据体。
[0004]因此，针对采场围岩平面相似模型系统提出一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置及测试系统，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置，旨在解决上述技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置，包括：
[0008]立式模型架；所述立式模型架包括长条形底座，以及竖直固定在所述长条形底座两端的立柱；两根所述立柱的同侧边沿之间可拆卸连接有多块长条状的挡板；多块所述挡板、两根所述立柱和所述长条形底座合围形成顶端开口、四周和底部封闭的加载模拟区，所述加载模拟区内分层模拟铺设有煤/岩层；
[0009]加载机构；所述加载机构位于所述加载模拟区的顶部开口处，且安装在两根所述立柱的顶端之间，并能够向所述加载模拟区内部竖向施加压力；
[0010]承压水模拟机构；所述承压水模拟机构包括置于所述加载模拟区底部的水袋，以及位于所述加载模拟区外部，且与所述水袋连接的控压组件。
[0011]通过上述技术方案，本专利技术提供的装置结构简单、设计合理，且使用操作简便，能有效解决现有平面相似模型架中存在的顶部荷载施加困难、应力场模拟不均、渗流场缺失、测试手段单一等缺陷，能够满足不同埋深模拟的试验需求。
[0012]优选的，在上述一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置中，所述
加载机构包括固定梁、油缸组、第一施力板、第二施力板和弹簧组；所述固定梁两端分别固定在两根所述立柱顶端；所述油缸组包括沿所述固定梁长度方向等间距固定在所述固定梁顶面的多个油缸，所述油缸的伸缩杆穿过所述固定梁；所述第一施力板平行布置在所述固定梁下方，所述第一施力板的顶面与所述油缸的伸缩杆的端头固定连接；所述第二施力板平行布置在所述固定梁下方；所述弹簧组连接在所述第一施力板和所述第二施力板之间。本专利技术采用油缸组对模拟围岩层进行精准加压，压力量程可动态协调，同时通过两层施力板和弹簧组将施加压力均匀传递至下方煤、岩层，与传统的配重块加压相比，模拟的应力场更符合实际采场压力分布特征。
[0013]优选的，在上述一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置中，所述控压组件包括连接管和加载泵；所述连接管一端与所述水袋连通，所述连接管的另一端穿出所述立柱与所述加载泵的泵出口连接；所述连接管上安装有压力表和单向阀。通过单向阀防止水流倒灌，利用压力表实时掌握水袋内压力动态变化情况。
[0014]优选的，在上述一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置中，所述长条形底座、所述立柱和所述挡板均由槽钢制作成型。取材方便，便于制作，结构稳定。
[0015]优选的，在上述一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置中，所述长条形底座的横截面为工字型。结构稳定性强。
[0016]优选的，在上述一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置中，所述立柱边沿和所述挡板的两端具有对应的连接孔。便于实现挡板的快速安装和拆卸，且连接结构稳定。
[0017]优选的，在上述一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置中，还包括多场测试系统；所述多场测试系统包括应变场测试单元、位移场测试单元和地电场测试单元；
[0018]所述应变场测试单元包括分布式光纤传感器和布里渊光频域分析仪；所述分布式光纤传感器的数量为多个，且布置在加载模拟区内；所述布里渊光频域分析仪位于所述加载模拟区外部，多个所述分布式光纤传感器通过光纤通讯线串联后与所述布里渊光频域分析仪连接；
[0019]所述位移场测试单元包括光纤光栅位移计和便携式光纤光栅解调仪；所述光纤光栅位移计的数量为多个，且布置在加载模拟区内；所述便携式光纤光栅解调仪位于所述加载模拟区外部，多个所述光纤光栅位移计通过光纤通讯线串联后与所述便携式光纤光栅解调仪连接；
[0020]所述地电场测试单元包括铜制微型电极和并行电法仪；所述铜制微型电极的数量为多个，且布置在加载模拟区内；所述并行电法仪位于所述加载模拟区外部，多个所述铜制微型电极串联后与所述并行电法仪通过航空插头连接。
[0021]本专利技术中的测试系统包含多物理场，可对模型进行分布式、点式、对穿式数据采集，获得的数据体更加丰富，可更加精准地对采场围岩变形进行重构反演。
[0022]优选的，在上述一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置中，所述立柱上开设有用于线缆穿出的线孔。便于布置传感器。
[0023]优选的，在上述一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置中，多个所述分布式光纤传感器、多个所述光纤光栅位移计和多个所述铜制微型电极均呈蛇形排布
方式布置在所述加载模拟区内。能够提高检测范围和检测精度。
[0024]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置，具有以下有益效果：
[0025]1、本专利技术采用油缸组对模拟围岩层进行精准加压，压力量程可动态协调，同时通过两层施力板和弹簧组将施加压力均匀传递至下方煤、岩层，与传统的配重块加压相比，模拟的应力场更符合实际采场压力分布特征。
[0026]2、本专利技术考虑了承压水和渗流场的综合作用，模拟深部采场带压开采煤层，更加符合实际情况。
[0027]3、本专利技术提供的测试装置拆卸简单，且成本较低，同时弹簧组传导力的性能要优于弹性板。
[0028]4、本专利技术中的测试系统包含多物理场，可对模型进行分布式、点式、对穿式数据采集，获得的数据体更加丰富，可更加精准地对采场围岩变形进行重构反演。
附图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置，其特征在于，包括：立式模型架(1)；所述立式模型架(1)包括长条形底座(11)，以及竖直固定在所述长条形底座(11)两端的立柱(12)；两根所述立柱(12)的同侧边沿之间可拆卸连接有多块长条状的挡板(13)；多块所述挡板(13)、两根所述立柱(12)和所述长条形底座(11)合围形成顶端开口、四周和底部封闭的加载模拟区(14)，所述加载模拟区(14)内分层模拟铺设有煤/岩层；加载机构(2)；所述加载机构(2)位于所述加载模拟区(14)的顶部开口处，且安装在两根所述立柱(12)的顶端之间，并能够向所述加载模拟区(14)内部竖向施加压力；承压水模拟机构(3)；所述承压水模拟机构(3)包括置于所述加载模拟区(14)底部的水袋(31)，以及位于所述加载模拟区(14)外部，且与所述水袋(31)连接的控压组件(32)。2.根据权利要求1所述的考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置，其特征在于，所述加载机构(2)包括固定梁(21)、油缸组(22)、第一施力板(23)、第二施力板(24)和弹簧组(25)；所述固定梁(21)两端分别固定在两根所述立柱(12)顶端；所述油缸组(22)包括沿所述固定梁(21)长度方向等间距固定在所述固定梁(21)顶面的多个油缸，所述油缸的伸缩杆穿过所述固定梁(21)；所述第一施力板(23)平行布置在所述固定梁(21)下方，所述第一施力板(23)的顶面与所述油缸的伸缩杆的端头固定连接；所述第二施力板(24)平行布置在所述固定梁(21)下方；所述弹簧组(25)连接在所述第一施力板(23)和所述第二施力板(24)之间。3.根据权利要求1所述的考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置，其特征在于，所述控压组件(32)包括连接管(321)和加载泵(322)；所述连接管(321)一端与所述水袋(31)连通，所述连接管(321)的另一端穿出所述立柱(12)与所述加载泵(322)的泵出口连接；所述连接管(321)上安装有压力表(323)和单向阀(324)。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置，其特征在于，所述长条形底座(11)、所述立柱(12)和所述挡板(13)均由槽钢制作成型。5.根据权利要求4所述的考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置，其特征在于，所述长条形底座(11)的横截面为工字型。6.根据权利要求4所述的考虑承压水作用的智能加载式平面模型架测试装置，其特征在于，所述立柱(12)边沿和所述挡板(13)的两端具有对应的连接孔(15)。7.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：张平松，孙斌杨，欧元超，刘畅，许时昂，李圣林，付茂如，郭立全，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
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