本发明涉及一种岩层相似材料模拟实验领域，尤其是涉及一种岩层移动模型架加载装置及实验方法。
背景技术：
目前，实验室传统的岩层相似材料模拟实验装置采用液压加载装置向模拟岩层提供压力，由于相似模拟实验装置内部的容积达数十立方米，上述实验加载装置的优点是可以节省部分材料。但同时存在下面三个方面的缺陷：一是在实验过程中，当岩层开挖以后容易造成液压加载油缸的压头与模拟岩层的脱离，需要实验人员的时刻观察，造成人力的浪费；二是实验过程中液压油缸与模拟岩层的脱离会造成相似材料不被压实的问题；三是存在一定的安全隐患。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是提供一种岩层移动模型架加载装置及实验方法，通过该加载装置，可使实验人员可以不必昼夜观察实验进程，实现实验过程中的连续加载。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种岩层移动模型架加载装置，包括底座，底座上设有机架，机架左右设有前后护板，底座、机架和前后护板之间形成上部敞开的空腔，空腔内设置模拟岩层，机架上部设有液压油缸；还包括手动液压泵、两位四通换向阀、手动控制阀门、液压表、弹簧底座、刚性金属柱，手动液压泵设有进油管和回油管，进油管与两位四通换向阀的进油口相连，回油管与两位四通换向阀的回油口相连，液压油缸的无杆腔与两位四通换向阀的工作油口一相连，液压油缸的有杆腔与两位四通换向阀的工作油口二相连，在液压油缸的无杆腔与两位四通换向阀的工作油口一相连的管路上设有手动控制阀门和液压表，液压油缸的活塞杆下部设有刚性金属柱，在所述下模拟岩层上表面与刚性金属柱相对应的位置设有弹簧底座。
优选的，所述刚性金属柱端部设有与液压油缸施的活塞杆相匹配的定位孔。
优选的，所述弹簧底座包括压缩弹簧、刚性套筒和刚性金属片，刚性套筒内径与刚性金属柱外径相匹配，在刚性套筒下部焊接刚性金属铁片，压缩弹簧置于刚性套筒中。
根据上述岩层移动模型架加载装置的实验方法，包括以下步骤：
a、在空腔内铺设相似材料，并安装位移计，待相似材料晾干，形成模拟岩层；
b、将液压油缸的活塞杆与刚性金属柱连接，将弹簧底座置于每一个刚性金属柱的正下方；
c、开始进行加载，开启手动控制阀门,手动控制手动液压泵，使液压油经进油管进入液压油缸的无杆腔，液压油缸的活塞杆伸出并通过刚性金属柱和弹簧底座向下挤压模拟岩层，模拟上覆岩层的自重，在加载过程中观察液压表，使液压表显示至设定的压力读数，然后闭合手动控制阀门，停止手动控制手动液压泵；
d、拆下前后护板，模拟巷道开挖，在开挖过程中，当液压表的读数小于设定的压力读数时，开启手动控制阀门，开启手动液压泵，通过进油管进油，使液压表的读数恢复至原来设定读数；
f、记录整个模拟岩层的位移，观察实验过程中模拟岩层的垮落；
g、实验结束后，两位四通换向阀换向，液压油缸的无杆腔与两位四通换向阀的工作油口二相连，液压油缸的有杆腔与两位四通换向阀的工作油口一相连，开启手动控制阀门，开启手动液压泵，使液压油经进油管进入液压油缸的有杆腔，液压油缸施的活塞杆回缩，将弹簧底座和刚性金属柱撤掉。
与现有岩层相似材料模拟实验装置相比，本发明具有以下优点：
(1)通过在现有岩层相似材料模拟实验装置的基础上，增加了弹簧底座、手动液压泵及刚性金属柱，可实现对模拟岩层连续加载，利于模拟岩层的压实，提高了实验结果的可靠性和准确性；
(2)其结构简单，操作方便，节省人力物力，使用效果好。
附图说明
图1为本发明的岩层移动模型架加载的装置的立体结构示意图；
图2为手动液压泵与液压油缸的油路连接示意图；
图3为本发明的弹簧底座的剖面示意图；
图4为本发明的弹簧底座的俯视图；
图5位本发明刚性金属圆柱的剖面示意图；
图6位本发明刚性金属圆柱的俯视图。
图中：1—手动液压泵；2—进油管；3—回油管；4—液压油缸；5—手动控制阀门；6—液压表；7—机架；8—前后护板；9—底座；10—弹簧底座；11—刚性金属柱；12—压缩弹簧；13—刚性套筒；14—刚性金属片；15-定位孔；16-两位四通换向阀。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1和2所示，本发明的一种岩层移动模型架加载装置，包括底座9，底座9上设有机架7，机架7左右设有前后护板8，底座9、机架7和前后护板8之间形成上部敞开的空腔，空腔内设置模拟岩层，机架7上部设有液压油缸4。岩层移动模型架加载装置还包括手动液压泵1、手动控制阀门5、液压表6、弹簧底座10和刚性金属柱11，手动液压泵1设有进油管2和回油管3，进油管2与两位四通换向阀16的进油口相连，回油管3与两位四通换向阀16的回油口相连，液压油缸4的无杆腔与两位四通换向阀16的工作油口一相连，液压油缸4的有杆腔与两位四通换向阀16的工作油口二相连，在液压油缸4的无杆腔与两位四通换向阀16的工作油口一相连的管路上设有手动控制阀门5和液压表6，液压油缸4的活塞杆下部设有刚性金属柱11，在所述下模拟岩层上表面与刚性金属柱11相对应的位置设有弹簧底座10。
如图3至6所示，所述刚性金属柱11端部设有与液压油缸施4的活塞杆相匹配的定位孔，所述弹簧底座10包括压缩弹簧12、刚性套筒13和刚性金属片14，刚性套筒13内径与刚性金属柱11外径相匹配，在刚性套筒13下部焊接刚性金属铁片14，压缩弹簧12置于刚性套筒13中。
根据上所述岩层移动模型架加载装置的实验方法，包括以下步骤：
a、在空腔内铺设相似材料，并安装位移计，待相似材料晾干，形成模拟岩层；
b、将液压油缸4的活塞杆与刚性金属柱11连接，将弹簧底座10置于每一个刚性金属柱11的正下方；
c、开始进行加载，开启手动控制阀门5,手动控制手动液压泵1，使液压油经进油管2进入液压油缸4的无杆腔，液压油缸4的活塞杆伸出并通过刚性金属柱11和弹簧底座10向下挤压模拟岩层，模拟上覆岩层的自重，在加载过程中观察液压表，使液压表6显示至设定的压力读数，然后闭合手动控制阀门5，停止手动控制手动液压泵1；
d、拆下前后护板8，模拟巷道开挖，在开挖过程中，会出现刚性金属柱11与弹簧底座10之间的力的减小，要注意细致观察，当液压表6的读数小于设定的压力读数时，开启手动控制阀门5，开启手动液压泵1，通过进油管2进油，使液压表6的读数恢复至原来设定读数；
f、记录整个模拟岩层的位移，观察实验过程中模拟岩层的垮落；
g、实验结束后，两位四通换向阀16换向，液压油缸4的无杆腔与两位四通换向阀16的工作油口二相连，液压油缸4的有杆腔与两位四通换向阀16的工作油口一相连，开启手动控制阀门5，开启手动液压泵1，使液压油经进油管2进入液压油缸4的有杆腔，液压油缸施4的活塞杆回缩，将弹簧底座10和刚性金属柱11撤掉。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。