动静耦合多功能模型试验系统技术方案

本发明专利技术涉及模型试验领域，公开了一种动静耦合多功能模型试验系统，该系统包括反力承载子系统、动静载加荷子系统、变刚度断层激活子系统、高精监测子系统。该装置能够通过动静分区、储能加载、变刚度支护、双向滑移、监测分析，进行真三轴模型边界储能与动静加载、断层瞬时双向激活、多参量数据并行采集与实时融合，实现断层滑移的高效真实模拟。为研究动静耦合荷载下的各类地下工程灾害发生机制提供了装备支持。支持。支持。

【技术实现步骤摘要】
动静耦合多功能模型试验系统


[0001]本专利技术涉及动静耦合模型试验领域，具体涉及动静耦合多功能模型试验系统。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源不断向深部开采，面临的地质构造复杂多样，其中断层是最为常见的地质构造类型。在开采过程中，常面临跨断层或横穿断层开采的情况。在采动影响下，断层极易被激活，导致各类灾害的发生。由于断层滑移产生的事故具有发生时间短、破坏力强等特点，严重制约了煤矿的安全高效生产。地质力学模型试验作为研究深部地下灾害机理与控制方法的重要手段，能够模拟此类灾害的发生过程，得到此类灾害的发生机理，为灾害防治提供指导依据。但目前针对断层滑移型地质力学模型试验还存在以下问题：1、无法有效模拟正、逆断层的滑移过程。
[0003]2、地应力的伺服控制无法有效跟随断层滑移过程。
[0004]3、断层发生滑移的相关物理参数无法检测。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种动静耦合多功能模型试验系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：本专利技术的实施例提供了一种动静耦合多功能模型试验系统，包括反力承载子系统、动静载加荷子系统、变刚度断层激活子系统、高精监测子系统；所述的反力承载子系统分为静区框架单元、动区框架单元、变角度支座；所述的动静载加荷子系统包括并列加载装置、均衡加载装置、叠加储能装置和瞬时作动装置；所述的静区框架单元位于整体装置的左侧，动区框架单元位于整体装置的右侧，静区框架单元与动区框架单元通过插销油缸连接单元拼接；在静区框架单元上安装有位于模型体左侧的并列加载装置、位于模型体前侧和后侧的均衡加载装置、以及位于模型体底部的变刚度断层激活子系统、位于模型体顶部的叠加储能装置和瞬时作动装置；在动区框架单元上安装有位于模型体右侧的并列加载装置。
[0007]所述的变角度支座由固定支座与转向支座组成，固定支座安装在动区框架单元的底部，转向支座安装在静区框架单元的底部。
[0008]作为进一步的技术方案，所述的变刚度断层激活子系统，由双向滑移油缸、滑移油缸加速器、变刚度支护单元组成，变刚度支护单元与双向滑移油缸相连，滑移油缸加速器与双向滑移油缸相连。
[0009]作为进一步的技术方案，所述的变刚度支护单元由推力器、推力杆、摩擦片、承载柱组成，推力器与推力杆连接，推力杆的前段胶接环形摩擦片，环形摩擦片紧密包裹承载柱
下端；推力器通过推力杆施加推力，通过摩擦片作用于承载柱上；所述的承载柱下端与双向滑移油缸相连，上端与承载板相连。
[0010]作为进一步的技术方案，所述的高精监测子系统由数字位移监测装置、滑移能量监测装置、支护刚度计算装置和高精应力监测装置组成；滑移能量监测装置安装于变刚度支护单元的承载柱与模型体的接触面上，能够对模型体的滑移速度、加速度、发生滑移的模型体质量进行监测；支护刚度计算装置安装于变刚度支护单元的推力杆上，能够通过监测推力杆的推力，与设定的摩擦片的摩擦因数进行支护刚度计算；高精应力监测装置包括声发射装置、高精度压力盒、与埋设岩层材料相同材料制作的应变砖；高精度压力盒与埋设岩层材料相同材料制作的应变砖根据监测方案埋设在模型体内相应位置，声发射测点埋设在模型体内设定位置，装置外放置接收装置。
[0011]所述的数字位移监测装置由光栅位移测试装置和数字位移捕捉装置组成；光栅位移测试装置由光栅测片、重锤、引线、光栅尺组成，光栅测片埋设于模型体内，通过引线与模型体外的光栅尺相连接，通过重锤给引线施加一定预拉力。
[0012]数字位移捕捉装置布置在模型体所设置的巷道或隧道内，沿巷道边缘布置，通过图像捕捉对巷道或隧道内尺寸改变进行监测。
[0013]作为进一步的技术方案，还包括变角度支座，所述的变角度支座由固定支座与转向支座组成，固定支座安装在动区框架单元的底部，转向支座安装在静区框架单元的底部。
[0014]作为进一步的技术方案，在每个并列加载装置、均衡加载装置的加载板与静区框架单元、动区框架单元的交界面处还安装有加载减摩装置。
[0015]上述本专利技术的实施例的有益效果如下：本专利技术的动静耦合多功能模型试验系统，能够通过动静分区和配合双向滑移油缸有效模拟正断层、逆断层的滑移过程，能够通过机械减摩的方法最大限度降低边界摩擦，在断层发生滑移后，能够通过顶部叠加储能油缸实现地应力的瞬间补偿，且能够通过变刚度支护单元配合高精监测装置实现断层滑移能量的精确计算，为支护构件的选择提供指导依据。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1是本专利技术去掉前加载装置的整体结构示意图；图2是本专利技术增加前加载装置的示意图；图3是本专利技术带有底座的整体结构示意图；图4是本专利技术带有底座的整体结构示意图；图5是加载减摩装置的结构示意图；图6是本专利技术的静区框架示意图；图7是本专利技术的动区框架示意图；图8是本专利技术的模型体的结构示意图；图9、图10是变刚度断层激活子系统的结构示意图；
图中：1静区框架单元、 2 变刚度断层激活子系统，2
‑
1双向滑移油缸、2
‑
2滑移油缸加速器、2
‑
3变刚度支护单元、3 转向推力缸、 4 主体固定铰、5叠加储能装置、 6 动区框架单元、7 右并列加载装置、 8 模型固定铰、 9 主体固定铰、 10 加载减摩装置、 10
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1 减摩钢板，10
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2 横向钢滚轴，10
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3 减摩钢板，10
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4纵向钢滚轴，10
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5 减摩钢板，11 插销油缸、 12推力器、13 推力杆、 14 摩擦片、15 承载柱， 16
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1 左半部分，16
‑
2右半部分；17均衡加载装置，18瞬时作动装置。
具体实施方式
[0018]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0019]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本专利技术另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种动静耦合多功能模型试验系统。
[0020]本专利技术的一种典型的实施方式中，如图1所示，本实施例提供的动静耦合多功能模型试验系统，包括反力承载子系统、动静载加荷子系统、变刚度断层激活子系统、高精监测子系统。
[0021]进一步地，所述的反力承载子系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.动静耦合多功能模型试验系统，其特征在于，包括反力承载子系统、动静载加荷子系统和变刚度断层激活子系统；所述的反力承载子系统分为静区框架单元、动区框架单元、变角度支座；所述的静区框架单元位于整体装置的左侧，动区框架单元位于整体装置的右侧，静区框架单元与动区框架单元通过插销油缸连接单元拼接；所述的变角度支座由固定支座与转向支座组成，固定支座安装在动区框架单元的底部，转向支座安装在静区框架单元的底部；所述的动静载加荷子系统包括并列加载装置、均衡加载装置、叠加储能装置和瞬时作动装置；在静区框架单元上安装有位于模型体左侧的并列加载装置、位于模型体前侧和后侧的均衡加载装置、以及位于模型体底部的变刚度断层激活子系统、位于模型体顶部的叠加储能装置和瞬时作动装置；在动区框架单元上安装有位于模型体右侧的并列加载装置。2.如权利要求1所述的动静耦合多功能模型试验系统，其特征在于，所述的变刚度断层激活子系统，由双向滑移油缸、滑移油缸加速器、变刚度支护单元组成，变刚度支护单元与双向滑移油缸相连，滑移油缸加速器与双向滑移油缸相连。3.如权利要求2所述的动静耦合多功能模型试验系统，其特征在于，所述的变刚度支护单元由推力器、推力杆、摩擦片、承载柱组成，推力器与推力杆连接，推力杆的前段胶接环形摩擦片，环形摩擦片紧密包裹承载柱下端；推力器通过推力杆施加推力，通过摩擦片作用于承载柱上；所述的承载柱下端与双向滑移油缸相连，上端与承载板相连。4.如权利要求1所述的动静耦合多功能模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，章冲，马玉琨，江贝，高红科，
申请(专利权)人：北京力岩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：