一种岩层加卸载破坏研究实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程及煤矿开采实验技术领域，特别是涉及一种岩层加卸载破坏研究实验装置。
【背景技术】
[0002]岩石单元体的物理力学特征，是岩土领域问题研究的基础。为解决岩土工程中遇到的问题，往往需要在实验室尺度下进行标准岩石试件的试验研究，其研究种类及研究设备较为成熟。但实际地层中，岩石在地层中赋存结构以层状结构居多。
[0003]采用标准岩石实际进行实验室实验能够反应地层岩石单元体受力变形特征，但对于板状结构，其变形破坏不仅受单元体自身物理性质的影响，而且其受载力学边界及加卸载方式对破坏影响作用较大。因此，迫切需要研制针对板状结构岩体的加卸载实验装置。该实验装置应该能满足对板状岩层施加不同应力边界条件，同时对于加卸载条件可控，可实现整体或分布加载、整体或分布卸载。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种岩层加卸载破坏研究实验装置。该实验装置可实现单一板状岩层或组合板状岩层的不同力学边界条件下的加卸载实验；能够在限制一维位移的条件下，实现另外的二维加载，尽可能接近于地下岩体受力情况，能够有效模拟煤层开采后，采空区底鼓破坏，能够通过对模型上部部分区域卸压，观察卸压区域下部破坏及离层。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种岩层加卸载破坏研究实验装置，包括具有前面板的机架，在机架内的底部设置有能够左右滑动的竖直加载系统；在竖直加载系统的右侧机架内设置有水平加载系统，在竖直加载系统的左侧机架内设置有左侧水平位移约束板和自适应调高系统；在机架内的上部设置有顶部竖直位移约束板和部分卸压系统；
[0006]所述竖直加载系统包括上层竖直加载板和下层竖直加载板，在上层竖直加载板与下层竖直加载板之间设置有竖直加载油缸；在下层竖直加载板右侧的上部设置有水平加载板导向台，在下层竖直加载板与机架之间设置有滑动系统；
[0007]所述水平加载系统包括水平加载板和水平加载油缸，水平加载油缸的一端固定在机架的右侧，另一端与水平加载板固定连接；所述水平加载板的下端设置在水平加载板导向台上，水平加载板的左侧面与上层竖直加载板的右侧面相接触；
[0008]所述左侧水平位移约束板通过自适应调高系统设置在机架内，其下表面与上层竖直加载板的上表面相接触，在左侧水平位移约束板与机架之间设置有滑动系统；
[0009]所述顶部竖直位移约束板的中部具有通槽，其右侧下表面与水平加载板的上表面相接触，其左侧面与左侧水平位移约束板的右侧面相接触；
[0010]所述部分卸压系统包括若干块卸压板，每块卸压板的顶部分别与一根竖直设置的螺杆的下端相连接，所述螺杆的上端均穿过机架的顶部，并通过设置在机架顶部内、外侧的第三螺母固定；所述卸压板设置在顶部竖直位移约束板中部的通槽内。
[0011]所述自适应调高系统包括调高螺杆，所述调高螺杆的下端与左侧水平位移约束板固定连接，其上端穿过机架的顶部后与第二螺母相连接；在调高螺杆的中部固定有卡块，在卡块与机架之间的调高螺杆外设置有弹簧。
[0012]在所述滑动系统与机架之间设置有垫板。
[0013]所述滑动系统由滚珠和滚珠架组成，所述滚珠活动设置在滚珠架上。
[0014]所述水平加载油缸的油缸底座通过第一螺栓和第一螺母固定于机架右侧。
[0015]所述前面板包括透明的钢化玻璃，所述钢化玻璃通过角钢固定在强化固定架上，所述强化固定架由加强条叠加而成；在强化固定架上设置有螺栓孔，前面板通过设置在螺栓孔内的螺栓与机架固定连接。
[0016]在所述上层竖直加载板的底部和下层竖直加载板的顶部分别设置有第一加强条，所述第一加强条呈“井”字形；所述竖直加载油缸设置为四个，四个竖直加载油缸分别设置在第一加强条的交叉位置处。
[0017]在所述水平加载板的右侧设置有第二加强条，所述第二加强条呈双“十”字形；所述水平加载油缸设置为两个，两个水平加载油缸分别通过固定油缸卡块设置在第二加强条的交叉位置处。
[0018]在所述顶部竖直位移约束板的顶部设置有第三加强条，所述第三加强条呈“井”字形；在所述卸压板的顶部设置有加强块。
[0019]在所述左侧水平位移约束板的左侧设置有第四加强条，所述第四加强条呈双“十”字形。
[0020]本发明的有益效果:
[0021]本发明的实验装置能够实现岩板在约束一维位移进行二维加载的条件下岩板上部部分卸压至破坏、离层。以往的加载方法不能对整个模型受力面进行加载，即加载板的有效作用面积与模型受力面积一致，而且如果实现模型整个受力面加载与实际模型表面大小一致，在加载板加载的时候，模型会压缩，加载板之间必然会相互影响。本发明有效解决了二维加载过程中加载板的相互作用关系，使实验条件更为接近现场实际；另外，卸压过程中导致岩板离层、破坏本发明可以对模型进行可视化。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的岩层加卸载破坏研究实验装置摘除前面板后的结构示意图；
[0023]图2是本发明的前面板的结构示意图；
[0024]图3是图2的A-A剖视图；
[0025]图4是图2的B-B剖视图；
[0026]图5是本发明的竖直加载系统的结构示意图；
[0027]图6是本发明的水平加载系统的结构示意图；
[0028]图7是本发明的顶部竖直位移约束板及部分卸压系统的结构示意图；
[0029]图8是本发明的左侧水平位移约束板及自适应调高系统的结构示意图；
[0030]图中:1-机架，2-垫板，3-竖直加载系统，4-滚珠，5-滚珠架，6_竖直加载板，7_第一加强条，8-竖直加载油缸，9-水平加载板导向台，10-水平加载系统，11-水平加载板，12-第二加强条，13-水平加载油缸，14-固定油缸卡块，15-油缸底座，16-第一螺栓，17-第一螺母，18-第一垫片，19-顶部竖直位移约束板，20-第三加强条，21-加强块，22-螺杆，23-卸压板，24-部分卸压系统，25-自适应调高系统，26-第二螺母，27-第二垫片，28-调高螺杆，29-弹簧，30-卡块，31-左侧水平位移约束板，32-第四加强条，33-前面板，34-钢化玻璃，35-角钢，36-强化固定架，37-螺栓孔，38-第三垫片，39-第三螺母。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0032]如图1?图8所示，一种岩层加卸载破坏研究实验装置，包括具有前面板33的机架1，机架I整体呈“凹”形四方槽，竖直放置；在机架I内的底部设置有能够左右滑动的竖直加载系统3 ;在竖直加载系统3的右侧机架I内设置有水平加载系统10，在竖直加载系统3的左侧机架I内设置有左侧水平位移约束板31和自适应调高系统25 ;在机架I内的上部设置有顶部竖直位移约束板19和部分卸压系统24。
[0033]所述竖直加载系统3包括上层竖直加载板和下层竖直加载板，在上层竖直加载板与下层竖直加载板之间设置有竖直加载油缸8，所述竖直加载板6采用2cm厚度钢板，长X宽为55cmX30cm，钢板朝外侧放置；在下层竖直加载板右侧的上部设置有水平加载板导向台9，水平加载板导向台9用于支撑右侧水平加载系统10的水平加载板11并起导向作用，保持水平加载板11施加力的方向一致性，防止水平加载板11靠重力向下跑偏，影响实验水平加载的准确性与稳定性。在下层竖直加载板与机架I之间设置有滑动系统；在所述上层竖直加载板的底部和下层竖直加载板的顶部分别设置有第一加强条7，所述第一加强条7呈“井”字形，“井”字形第一加强条7解决了竖直加载油缸8对竖直加载板6的应力集中问题；所述竖直加载油缸8设置为四个，四个竖直加载油缸8分别设置在第一加强条7的交叉位置处；竖直加载油缸8的伸缩可带动活塞一侧的上层竖直加载板完成升降动作，进而实现对模型竖直方向的加载。
[0034]所述水平加载系统10包括水平加载板11和水平放置的水平加载油缸13，水平加载油缸13的一端固定在机架I的右侧，另一端与水平加载板11固定连接，水平加载板11采用厚度为2cm的钢板，其长X宽为30cmX20cm ;所述水平加载板11的下端设置在水平加载板导向台9上，所述的下层竖直加载板和水平加载板导向台9可控制水平加载系统10加载方向的稳定性，水平加载板11的左侧面与上层竖直加载板的右侧面相接触；在所述水平加载板11的右侧设置有第二加强条12，所述第二加强条12呈双“十”字形；所述水平加载油缸13设置为两个，两个水平加载油缸13分别通过固定油缸卡块14设置在第二加强条12的交叉位置处。
[0035]所述左侧水平位移约束板31通过自适应调高系统25设置在机架I内，其下表面与上层竖直加载板的上表面相接触，在左侧水平位移约束板31与机架I之间设置有滑动系统；在所述左侧水平位移约束板31的左侧设置有第四加强条32，所述第四加强条32呈双“十”字形。左侧水平位移约束板31的厚度为2cm，长X宽为30cmX20cm，厚度较之前的大，因为要为底部竖直加载板6在右侧水平加载板11的推动下向左滑动而留有一定的空间；第二螺母26用于调节左侧水平位移约束板31的高低，使之与竖直加载系统3的竖直加载板6搭接并处于其之上，而且需保证与岩板模型接触面为30cmX 15cm,竖直加载板6、水平加载板11和左侧水平位移约束板31、顶部竖直位移约束板19之间相互搭接，形成图1中的位置关系，即可解决加载板加载面积与模型实际面积相同又不影响加载板相互作用的问题，可以实现模型表面的整体加载。左侧水平位移约束板31和水平加载板11对宽*高为30cmX 15cm的模型面加压，因此，左侧水平位移约束板31和水平加载板11的宽*高均设置为 30X20cm。
[0036]所述顶部竖直位移约束板19的厚度为2cm，长X宽为55cmX 30cm，其右侧下表面与水平加载板11的上表面相接触，其左侧面与左侧水平位移约束板31的右侧面相接触；在所述顶部