簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置及制作方法，它是由承壓拱相似模型和模型約束裝置組成；其中所述的承壓拱相似模型以呈半圓拱形的模型外殼充當(dāng)骨架，其內(nèi)部充填相似充填材料，然后用模擬錨桿進(jìn)行錨固；所述的模型約束裝置由鋼化玻璃板、角鋼和螺栓組成；其中鋼化玻璃板夾在承壓拱相似模型兩側(cè)，帶有螺栓的角鋼置于鋼化玻璃板的上下兩邊，通過擰動(dòng)螺母對(duì)模型施加軸向壓力來限制其位移。本發(fā)明簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置制備簡(jiǎn)單、成本低、可重復(fù)利用且在試驗(yàn)過程中易觀察模型破壞特點(diǎn)，能夠全面有效地分析相關(guān)因素對(duì)承壓拱承載力的影響。
【專利說明】簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置及制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置及其制作方法，屬于地下工程支護(hù)中的 承壓拱相似模擬試驗(yàn)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)淺部煤炭資源日益匱乏，為了開采深部煤炭資源，煤礦深部巷道的開拓成為 必然。隨著埋置深度的增加，巖體所處的工程地質(zhì)環(huán)境變得越來越復(fù)雜，使其表現(xiàn)出的物理 力學(xué)性質(zhì)與淺部巖體有很大的差異，深部巷道的支護(hù)問題也越來越突出，成為影響和制約 我國(guó)煤炭資源開采的重要因素。
[0003] 基于承壓拱理論的錨噴支護(hù)是深井巷道的主要支護(hù)形式，錨桿和噴射混凝土與圍 巖相互作用會(huì)形成一個(gè)承壓拱，充分調(diào)動(dòng)了破碎圍巖的自承能力進(jìn)而維護(hù)巷道的穩(wěn)定。
[0004] 當(dāng)前探究承壓拱承載力影響因素的方法主要有理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)， 巖土工程問題的復(fù)雜性至少在目前尚難利用上述方法得到滿意解答。借助于相似模擬試 驗(yàn)，在滿足相似原理的前提下制作合理的試驗(yàn)裝置，綜合各種因素對(duì)承壓拱承載力進(jìn)行試 驗(yàn)探究，才能真實(shí)地反映承壓拱承載力影響因素之間的相互關(guān)系，分析得出各種因素對(duì)承 壓拱承載力的影響程度。但是目前還沒有一種能系統(tǒng)全面地研究承壓拱受力特點(diǎn)、破壞形 式、承載能力及其影響因素的簡(jiǎn)易試驗(yàn)裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有關(guān)于承壓拱相似模擬試驗(yàn)裝置的缺乏，提供一種能系統(tǒng)全面地研 究承壓拱受力特點(diǎn)、破壞形式、承載能力及其影響因素的相似模擬試驗(yàn)裝置及其制作方法。
[0006] 本發(fā)明簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置的構(gòu)造是：由承壓拱相似模型和模型約束裝置組 成；所述的承壓拱相似模型由模型外殼、相似充填材料和模擬錨桿組成；所述的模型約束 裝置由鋼化玻璃板、角鋼和螺栓組成。
[0007] 所述的模型外殼是用可塑性好的鐵絲網(wǎng)作為骨架，并在鐵絲網(wǎng)的兩側(cè)粘結(jié)繪圖紙 制成，利用鐵絲網(wǎng)的可塑性和繪圖紙的柔性能保證模型外殼具有一定變形能力；所述的相 似充填材料是根據(jù)相似原理用建筑材料制成的破碎巖石樣本；所述的模擬錨桿是根據(jù)相似 原理用具有一定拉伸強(qiáng)度的鐵絲制成。
[0008] 所述的鋼化玻璃板夾在承壓拱相似模型兩側(cè)用來限制承壓拱相似模型的軸向位 移；所述的角鋼置于兩鋼化玻璃板外側(cè)的上下邊，并在其兩端打上圓孔用于安裝螺栓；所 述的螺栓的長(zhǎng)度大于承壓拱相似模型的軸向長(zhǎng)度，其直徑略小于角鋼上圓孔的直徑。
[0009] 本發(fā)明簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置制造方法為：首先，用所述的模型外殼按照相 似比制成半圓拱形殼體；第二步，在上述半圓拱形殼體上安裝模擬錨桿，打開半圓拱形殼體 的一側(cè)充填相似充填材料，充填完成后將模型重新粘好；第三步，給模擬錨桿施加預(yù)應(yīng)力； 最后，用鋼化玻璃板夾在模型兩側(cè)，在其與模型的接觸面上涂上潤(rùn)滑油，并在上下兩端用帶 有螺栓的角鋼施加一定壓力，即完成簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置的制作。
[0010] 對(duì)裝置進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，采用大于1000KN的壓力機(jī)，以速率小于 1 X ?TVs的應(yīng)變控制加載方式增加軸壓，直至承壓拱相似模型在軸壓作用下發(fā)生破壞得 到其最大承載力；按照正交性原則調(diào)整承壓拱相似模型的厚度、錨桿預(yù)應(yīng)力、錨桿間距、相 似充填材料強(qiáng)度等因素會(huì)得到不同的結(jié)果；用極差方法分析各個(gè)因素的變化對(duì)承壓拱相似 模型承載力的影響，得出影響程度最大的因素。
[0011] 本發(fā)明簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 本裝置能夠較容易地調(diào)整承壓拱厚度、錨桿預(yù)應(yīng)力、錨桿間距、相似充填材料強(qiáng)度 等因素，分析得出相關(guān)因素對(duì)承壓拱承載力的影響程度； (2) 用滿足強(qiáng)度要求的透明鋼化玻璃板進(jìn)行約束，承壓拱相似模型的破壞過程和破壞 特點(diǎn)容易觀察； (3) 試驗(yàn)周期短，可進(jìn)行大量試驗(yàn)全面系統(tǒng)地探究影響承壓拱承載力的因素； (4) 本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝拆卸方便，制作成本低，且模型約束裝置可重復(fù)利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的示意圖。
[0013] 圖例說明：1_角鋼；2-螺栓；3-鋼化玻璃板；4-鐵絲網(wǎng)；5-相似充填材料；6-模擬 錨桿；7_模型外殼；8-承壓拱相似模型；9-模型約束裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 如圖1所示，本發(fā)明簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置的構(gòu)造是：由承壓拱相似模型8和模 型約束裝置9組成；所述的承壓拱相似模型8由模型外殼7、相似充填材料5和模擬錨桿6 組成；所述的模型約束裝置9由鋼化玻璃板3、角鋼1和螺栓2組成。
[0015] 所述的模型外殼7是用可塑性好的鐵絲網(wǎng)4為骨架其兩側(cè)粘結(jié)上繪圖紙而制成； 所述的相似充填材料5是根據(jù)相似原理用建筑材料制成強(qiáng)度為破碎巖石樣本；所述的模擬 錨桿6根據(jù)相似原理用具有一定拉伸強(qiáng)度的鐵絲制成。
[0016] 所述的鋼化玻璃板3用來限制承壓拱相似模型的軸向位移；所述的角鋼1置于兩 鋼化玻璃板3外側(cè)的上下邊，并在其兩端打上圓孔，用于安裝螺栓2 ;所述的螺栓2的長(zhǎng)度 大于承壓拱相似模型的軸向長(zhǎng)度，其直徑略小于角鋼上的圓孔直徑。
[0017] 本發(fā)明簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置制造方法為：首先，用所述的模型外殼7按照 相似比制成半圓拱形殼體；第二步，在上述半圓拱形殼體上安裝模擬錨桿6,打開半圓拱形 殼體的一側(cè)充填相似充填材料5,充填完成后將模型重新粘好；第三步，給模擬錨桿6施加 預(yù)應(yīng)力；最后，用鋼化玻璃板3夾在模型兩側(cè)，在其與模型的接觸面上涂上潤(rùn)滑油，并在上 下兩端用帶有螺栓2的角鋼1施加一定壓力，即完成簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置的制作。
【權(quán)利要求】
1. 一種簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，它是由承壓拱相似模型和模型約束裝 置組成；所述的承壓拱相似模型由模型外殼、相似充填材料和模擬錨桿組成；所述的模型 約束裝置由鋼化玻璃板、角鋼和螺栓組成。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，鋼化玻璃板夾在 承壓拱相似模型兩側(cè)，帶有螺栓的角鋼置于鋼化玻璃板的上下兩邊，通過擰動(dòng)螺母對(duì)模型 施加一定軸向壓力來限制其位移。
3. -種如權(quán)利要求1-2所述的簡(jiǎn)易承壓拱模擬試驗(yàn)裝置制造方法，其特征在于，首 先，用上述的模型外殼按照相似比制成半圓拱形殼體；第二步，在上述半圓拱形殼體上安裝 模擬錨桿，打開半圓拱形殼體的一側(cè)充填相似充填材料，充填完成后將模型重新粘好；第三 步，給模擬錨桿施加預(yù)應(yīng)力；最后，用模型約束裝置來約束承壓拱相似模型的軸向位移。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK104297437SQ201410611026
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】尚黎明, 李廷春, 陳佃浩, 杜貽騰, 吳帥, 段會(huì)玲, 徐開山, 呂連勛, 張仕林 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)