一种小型自重框式配载三维物理模拟实验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种小型自重框式配载三维物理模拟实验装置，包括主架装置、自重框式配载装置及底座装置，其特征在于：所述的主架装置为地质相似体装填的主区域，包括左侧梁、右侧梁、底横梁及组成模型装填空间的前后侧护墙板组成。所述的自重框式配载装置为由传载横梁、挡板螺栓及前后滑动侧护挡板组成的滑动箱，依附于主架装置上方，是铁砖自重框式配载的主区域，传载横梁为四角开有圆孔“II”形厚钢板，前后滑动侧护挡板通过上下滑动垫圈在主架左侧梁、右侧梁间上下摩擦滑动。所述的底座装置为整个实验装置的支承稳定构件，包括基座和拉杆。该实验装置具有设计合理、装填简单、三维模拟、配载精确等特点，易于实现深部复杂工程环境相似模拟实验的需要。
【专利说明】一种小型自重框式配载三维物理模拟实验装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种矿山开采物理模拟实验装置，特别涉及到岩土、地质及矿山领域小型加载物理模拟实验装置，属于实验仪器设备领域。
【背景技术】
[0002]由于矿山工程环境的复杂性及现场试验耗资大的制约，相似模拟实验成为再现地下工程环境的一种重要科学研究手段。基于相似模拟理论，可以有效实现不同条件下的矿山工程环境，得出相关技术参数，为实际工程应用提供依据。而随着矿山开采深度的增加及围岩环境的多变，相似材料的选取更加严格，其成本也因模型装填高度的增加与新型材料价格的提高而加大。同时，高应力条件下物理模拟实验加载装置也要采用大型液压装置，使得加载数据的精确性急剧下降，装填材料模型变形下沉后其加载载荷不能恒久保持，大型物理模拟实验在一定程度上也受到了制约。
[0003]现有物理模拟实验装置多为大型平面或液压加载物理模拟实验装置，大型平面物理模拟实验装置装填材料多、耗资大、周期长，且难以模拟深部条件下围岩高应力的作用；液压加载物理模拟实验装置采用液压加载，易造成加载数据在矿山巷道、硐室及工作面等开挖扰动过程中(覆岩下沉移动)的减小与漂移，不能保证物理模拟过程中上覆岩层应力的精确再现。虽然也有铁砖加载的做法，但铁砖与装填模型间没有传载横梁及滑动侧护挡板保护，且配载铁砖装填较高，易造成实验数据的偏差及模型倒架伤人。
[0004]基于物理模拟实验不同比例及自重应力加载需要，提出一种小型自重框式配载三维物理模拟实验装置，通过小比例实验减少相似材料的装填成本，采用自重框式配载装置提高应力加载环境的精确性及实验过程的安全性，运用三维物理模拟再现复杂地质工程环境及施工过程，实验精度高、数据可靠。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有物理模拟实验装填相似材料多、成本高、难以实现高应力环境动态模拟及液压加载精度差的不足，提出一种小型自重框式配载三维物理模拟实验装置。该实验装置具有设计合理、装填简单、三维模拟、应力精确等特点，易于实现深部复杂工程环境模拟实验的需要。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种小型自重框式配载三维物理模拟实验装置，包括主架装置、自重框式配载装置及底座装置，其特征在于:所述的主架装置包括左侧梁、右侧梁、底横梁及组成模型装填空间的前后侧护墙板组成，所述的自重框式配载装置包括传载横梁、滑动垫圈、摩擦橡胶板、挡板螺栓及组成自重框式配载空间的前后滑动侧护挡板组成，所述的底座装置由基座和拉杆组成。
[0007]进一步，所述的主架装置为地质相似体装填的主区域，底横梁两端通过焊接与左侧梁、右侧梁固定，左右侧梁上设有墙板螺孔，且前后侧护墙板通过墙板螺栓与左右侧梁进行紧固，组成相似材料装填空间。[0008]进一步，所述的自重框式配载装置为由传载横梁、前后滑动侧护挡板及挡板螺栓组成的滑动箱，依附于主架装置上方，是铁砖自重框式配载的主区域，前后滑动侧护挡板上设有挡板螺孔，且通过挡板螺栓进行紧固，前后滑动侧护挡板与左右侧梁间通过挡板螺栓上安装的滑动垫圈进行摩擦接触，实现自重框架的上下自由滑动，实验铁砖配载高度等于或低于前后滑动侧护挡板高度。
[0009]进一步，所述的传载横梁为“II”形厚钢板，且四角开有圆孔，便于拆卸与安装。
[0010]进一步，所述的摩擦橡胶板为工业用橡胶板，用于相似材料装填区与铁砖配载区的分隔与载荷的均匀接触。
[0011]进一步，所述的底座装置为整个实验装置的支承稳定构件，基座焊接于左右侧梁下端，并通过拉杆进行紧固。
[0012]本发明的优点和有益效果是:通过小比例实验减少相似材料的装填成本，采用自重框式配载装置提高应力加载环境的精确性及实验过程的安全性，运用三维物理模拟再现复杂地质工程环境及施工过程。该实验装置具有设计合理、装填简单、三维模拟、载荷精确等特点，易于实现深部复杂工程环境模拟实验的需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是实现本发明一种小型自重框式配载三维物理模拟实验装置主视图。
[0014]图2是图1的左视图。
[0015]图3是图1的俯视图。
[0016]图4是传载横梁11的结构示意图。
[0017]图中:1为挡板螺孔；2为滑动垫圈；3为摩擦橡胶板；4为模型装填区；5为墙板螺孔；6为左侧梁；7为拉杆；8为自重框式配载区；9为滑动侧护挡板；10为右侧梁；11为挡板螺栓；12为传载横梁；13为墙板螺栓；14为侧护墙板；15为底横梁；16为基座。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。
[0019]本发明提供了一种小型自重框式配载三维物理模拟实验装置。
[0020]如图1至图4所示，本发明装置由挡板螺孔1、滑动垫圈2、摩擦橡胶板3、墙板螺孔
5、左侧梁6、拉杆7、滑动侧护挡板9、右侧梁10、挡板螺栓11、传载横梁12、墙板螺栓13、侧护墙板14、底横梁15、基座16组成。
[0021]主架装置为地质相似体在模型装填区4装填的主区域，底横梁15两端通过焊接与左侧梁6、右侧梁10固定，左侧梁6、右侧梁10上设有墙板螺孔5，且前后侧护墙板14通过墙板螺栓13与左侧梁6、右侧梁10进行紧固，组成相似材料的装填空间。
[0022]为便于模型装填，由下部到上部依次进行前后侧护墙板14的安装，每安装一组前后侧护墙板14，装填一次地质相似体，相同及不同地质相似体间均采用云母进行分层，每次装填高度均为当次安装前后侧护墙板14高度；为满足物理模拟实验的要求，进一步在下部安装的前后侧护墙板上部安装前后侧护墙板14，并装填地质相似体，直满足地质相似体或实验要求的高度为止。
[0023]地质相似体装填完成后，对模型进行自然风干，由上部到下部依次拆除前后侧护墙板14，露出模型前后侧面，以利于模型的施工开挖。
[0024]自重框式配载装置为由传载横梁12、前后滑动侧护挡板9及档板螺栓11组成的滑动自重框式配载区8，前后滑动侧护挡板9上设有档板螺孔1，且通过挡板螺栓11进行紧固，前后滑动侧护挡板9与左侧梁6、右侧梁10间通过挡板螺栓11上安装的滑动垫圈2进行摩擦接触，实验铁砖配载高度等于或低于前后滑动侧护挡板9高度。
[0025]底座装置为整个实验装置的支承稳定构件，包括基座16和拉杆7，基座16焊接于左侧梁6、右侧梁10下端，并通过拉杆7进行紧固。
[0026]模型装填区4装填风干与自重框式配载区8配载完成后，根据地质资料数据对模型进行施工开挖，运用计算机系统进行数据采集、记录，完成实验。
[0027]本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述，而是根据权利要求加以限定。
【权利要求】
1.一种小型自重框式配载三维物理模拟实验装置，包括主架装置、自重框式配载装置及底座装置，其特征在于:所述的主架装置包括左侧梁、右侧梁、底横梁及组成模型装填空间的前后侧护墙板组成，所述的自重框式配载装置包括传载横梁、滑动垫圈、摩擦橡胶板、挡板螺栓及组成自重框式配载空间的前后滑动侧护挡板组成，所述的底座装置由基座和拉杆组成。
2.根据权利要求1所述的主架装置为地质相似体装填的主区域，底横梁两端通过焊接与左侧梁、右侧梁固定，左侧梁与右侧梁上均设有墙板螺孔，且前后侧护墙板通过墙板螺栓与左侧梁、右侧梁进行紧固，组成相似材料的装填空间。
3.根据权利要求1所述的自重框式配载装置为由传载横梁、前后滑动侧护挡板及档板螺栓组成的滑动箱，依附于主架装置上方，是铁砖自重框式配载的主区域，前后滑动侧护挡板上设有挡板螺孔，且通过挡板螺栓进行紧固，前后滑动侧护挡板与左侧梁、右侧梁间通过挡板螺栓上安装的滑动垫圈进行摩擦接触，实验铁砖配载高度等于或低于前后滑动侧护挡板高度。
4.根据权利要求1所述的传载横梁为“II”形厚钢板，且四角开有圆孔，便于拆卸与安装。
5.根据权利要求1所述的摩擦橡胶板为工业用橡胶板，用于相似材料装填区与铁砖配载区的分隔与载荷的均勻接触。
6.根据权利要求1所述的底座装置为整个实验装置的支承稳定构件，基座焊接于左侧梁、右侧梁下端，并通过拉杆进行紧固。
【文档编号】G01N33/24GK103616492SQ201310618308
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】辛亚军, 勾攀峰, 姬红英 申请人:河南理工大学