一種三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶高度的觀測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)試測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶高度的觀測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)采動(dòng)覆巖中導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度進(jìn)行研宄，掌握覆巖的移動(dòng)破壞規(guī)律及導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度情況，從而合理確定煤層的安全開(kāi)采上限和采煤方法，對(duì)于實(shí)現(xiàn)礦井的安全生產(chǎn)、保水采煤及地面生態(tài)環(huán)境保護(hù)，都具有十分重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。
[0003]以往對(duì)導(dǎo)水裂隙帶的研宄中，一般采用二維平面相似材料模擬，采用外部觀察的方法對(duì)導(dǎo)水裂隙帶高度進(jìn)行觀測(cè)。由于二維平面模型無(wú)橫向尺寸，且其邊界條件也做了很大的簡(jiǎn)化，模擬結(jié)果往往與實(shí)際情況存在著較大的差異。同二維平面模型相比，三維立體模型可以很好的克服這些缺點(diǎn)。但是由于三維立體模型的裂隙主要發(fā)生在模型內(nèi)部，從外部很難進(jìn)行觀測(cè)。通過(guò)查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，目前沒(méi)有一種裝置和方法能有效觀測(cè)三維立體模型內(nèi)部的導(dǎo)水裂隙帶高度。
[0004]基于以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶高度的觀測(cè)裝置及方法，其通過(guò)在需要觀測(cè)的位置放置內(nèi)貼片鋁合金外殼應(yīng)變計(jì)，觀測(cè)應(yīng)變儀周圍四個(gè)點(diǎn)處的主應(yīng)力大小。由于巖體總是存在不連續(xù)性，其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，所以模型內(nèi)部的破壞形式以拉破壞為主。根據(jù)巖石破壞強(qiáng)度理論，可以得到測(cè)點(diǎn)處裂隙帶的發(fā)育情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:如何提供一種裝置和方法，對(duì)三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中模型內(nèi)部裂隙帶發(fā)育狀況進(jìn)行觀測(cè)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶高度的觀測(cè)裝置，其包括計(jì)算機(jī)(5)、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀(3)、A/D轉(zhuǎn)換器(4)、導(dǎo)線(2)和應(yīng)變計(jì)(I);其中，所述應(yīng)變計(jì)(I)為內(nèi)空的封閉式構(gòu)造，且所述應(yīng)變計(jì)的內(nèi)壁貼有四組應(yīng)變花(8)，所述應(yīng)變花上覆蓋有防潮硅橡膠(12)，所述應(yīng)變計(jì)(I)為豎直排列的多個(gè)，且所述應(yīng)變計(jì)(I)均采用各自的導(dǎo)線(2)與所述動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀(3)連接，所述動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀(3)與所述A/D轉(zhuǎn)換器連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與所述計(jì)算機(jī)連接。
[0007]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，應(yīng)變計(jì)I的外部設(shè)置有應(yīng)變計(jì)外殼7，所述應(yīng)變計(jì)外殼7為彈性模量已知的鋁合金材料制成。應(yīng)變計(jì)外殼7的一個(gè)端面為錐形，另一個(gè)端平面為圓筒狀，且所述應(yīng)變計(jì)的平面端口一側(cè)留有導(dǎo)線出孔6。應(yīng)變花8位于所述的應(yīng)變計(jì)外殼7的鋁合金圓筒內(nèi)壁中部且等間距布置，每個(gè)所述應(yīng)變計(jì)I包含四組應(yīng)變花8。
[0008]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，應(yīng)變花8為45°應(yīng)變花，每組應(yīng)變花包含3個(gè)應(yīng)變片，分別為應(yīng)變片一 9，應(yīng)變片二 10，應(yīng)變片三11，且應(yīng)變片一 9，應(yīng)變片二 10，應(yīng)變片三11為箔式應(yīng)變片。
[0009]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述的防潮硅橡膠(12)為室溫固化硅橡膠。
[0010]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述的應(yīng)變計(jì)外殼(7)的圓筒內(nèi)徑為40_，壁厚為3_，高總體為55mm，其中錐形部分垂高為10mm，應(yīng)變計(jì)(I)的平面端口的導(dǎo)線從導(dǎo)線出孔(6)導(dǎo)出后用密封膠密封，所述的應(yīng)變花(8)采用45°的形式粘貼在應(yīng)變計(jì)內(nèi)壁，應(yīng)變花(8)位于應(yīng)變計(jì)外殼(7)的鋁合金圓筒內(nèi)壁中部，應(yīng)變花(8)貼好后在上面涂上一層l_2mm厚的防潮硅橡膠(12) ο
[0011]進(jìn)一步，本發(fā)明還提供了一種采用三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶高度的觀測(cè)裝置來(lái)觀測(cè)的方法，其特征在于，其包括以下測(cè)試步驟:
[0012]a.在三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛罱ㄖ?，設(shè)計(jì)好應(yīng)變計(jì)(I)的安放位置和數(shù)量;
[0013]b.逐層搭建三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，到達(dá)第一個(gè)應(yīng)變計(jì)(I)所在位置后把應(yīng)變計(jì)(I)的錐頭向下豎直放置，并保證使一組應(yīng)變花對(duì)著開(kāi)挖方向；
[0014]c.把應(yīng)變計(jì)(I)的導(dǎo)線(2)捆綁并沿平行于開(kāi)挖工作面的方向引到模型外部；
[0015]d.繼續(xù)往三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)加料，并用小木錘把應(yīng)變計(jì)⑴周圍輕輕夯實(shí)，使應(yīng)變計(jì)(I)與模型材料緊密接觸，不留間隙；
[0016]e.按照上述方法安設(shè)其他應(yīng)變計(jì)，直至模型搭建完畢；
[0017]f.將所有應(yīng)變計(jì)(I)通過(guò)導(dǎo)線(2)與動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀(3)連接，將所述應(yīng)變電阻應(yīng)變儀(3)與A/D轉(zhuǎn)換器(4)連接，將A/D轉(zhuǎn)換器(4)與計(jì)算機(jī)(5)連接之后進(jìn)行觀測(cè)。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:
[0019]本發(fā)明提供的一種三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶高度的觀測(cè)裝置及方法，其通過(guò)在需要觀測(cè)的位置放置內(nèi)貼片鋁合金外殼應(yīng)變計(jì)，觀測(cè)應(yīng)變儀周圍四個(gè)點(diǎn)處的主應(yīng)力大小。由于巖體總是存在不連續(xù)性，其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，所以模型內(nèi)部的破壞形式以拉破壞為主。根據(jù)巖石破壞強(qiáng)度理論，可以得到測(cè)點(diǎn)處裂隙帶的發(fā)育情況。本發(fā)明使用本發(fā)明的裝置和方法可以很好的對(duì)三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)部導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度進(jìn)行觀測(cè)，解決三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)部的測(cè)量難題。可以根據(jù)測(cè)量精度合理調(diào)整應(yīng)變計(jì)的安設(shè)位置和數(shù)量，同時(shí)整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的讀數(shù)頻率、數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)均由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，減少了實(shí)驗(yàn)人員的工作量。整個(gè)技術(shù)方案其裝置及方法簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度小，測(cè)試效果好，可以極大促進(jìn)三維相似模擬實(shí)驗(yàn)的使用。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的一種三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶高度的觀測(cè)裝置的主體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的應(yīng)變計(jì)安放結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的應(yīng)變計(jì)剖面圖；
[0023]圖中:1-應(yīng)變計(jì)，2-導(dǎo)線，3-動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，4-A/D轉(zhuǎn)換器，5-計(jì)算機(jī)，6-出孔，7-應(yīng)變計(jì)外殼，8-應(yīng)變花，9-應(yīng)變片一，10-應(yīng)變片二，11-應(yīng)變片三，12-防潮硅橡膠。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0025]如圖1-3所示，本發(fā)明提供一種三維相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶高度的觀測(cè)裝置，其包括計(jì)算機(jī)5、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀3、A/D轉(zhuǎn)換器4、導(dǎo)線2和應(yīng)變計(jì)I ;其中，所述應(yīng)變計(jì)I為內(nèi)空的封閉式構(gòu)造，且所述應(yīng)變計(jì)的內(nèi)壁貼有四組應(yīng)變花8，所述應(yīng)變花上覆蓋有防潮硅橡膠12，所述應(yīng)變計(jì)I為豎直排列的多個(gè)，且所述應(yīng)變計(jì)I均采用各自的導(dǎo)線2與所述動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀3連接，所述動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀3與所述A/D轉(zhuǎn)換器連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器與所述計(jì)算機(jī)連接。
[0026]在本實(shí)施例中，應(yīng)變計(jì)I的外部設(shè)置有應(yīng)變計(jì)外殼7，所述應(yīng)變計(jì)外殼7為彈性模量已知的鋁合金材料制成。應(yīng)變計(jì)外殼7的一個(gè)端面為錐形，另一個(gè)端平面為圓筒狀，且所述應(yīng)變計(jì)的平面端口一側(cè)留有導(dǎo)線出孔6。應(yīng)變花8位于所述的應(yīng)變計(jì)外殼7的鋁合金圓筒內(nèi)壁中部且等間距布置，每個(gè)所述應(yīng)變計(jì)I包含四組應(yīng)變花8。
[002