一种模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置及方法与流程

文档序号:15460552发布日期:2018-09-18 18:01阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置,其特征在于,包括反力系统、加载系统、制备系统、压实系统;其中:

所述的制备系统包括导向框、加载板、条形控制板和阻板件,所述的导向框固定在所述的反力系统内,所述的加载板安装在导向框上;所述的条形控制板用于控制每层材料用量,其通过连接件安装在位于导向框前、后两个面的加载板上;所述的阻板件安装在位于导向框底部的加载板上,用于阻挡压实板的滑动;

所述的压实系统用于压实倾斜岩层每层的相似材料,其包括三角形加载块、压实板、弧面承载块和锚固螺栓;所述的压实板倾斜安装在所述的导向框内,其与条形控制板、底部加载板和左加载板或者右加载板形成一个横截面为三角形的加载区域;所述的压实板上固定有多个弧面承载块,每个弧面承载块与一个所述的三角形加载块配合;

所述的加载系统对上、下、前、后、左、右加载板和所述的压实板提供加载力,所述的反力系统为所述的加载系统提供反力。

2.如权利要求1所述的模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置,其特征在于,所述的反力系统由上、下、左、右、前、后六面的反力架组成,反力架之间通过高强螺栓连接。

3.如权利要求2所述的模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置,其特征在于,所述的加载系统包括位于反力架前、后、左、右、上、下六个面上的液压千斤顶,位于前、后、左、右、下方的液压千斤顶的缸体固定于所述的反力架上,动力杆安装矩形推力器对加载板进行加载;位于反力架上方的液压千斤顶的缸体固定于所述的反力架上,其动力端连接圆形垫筒,所述的圆形垫筒连接所述的三角形加载块,对压实板进行施力。

4.如权利要求2所述的模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置,其特征在于,位于反力架上面的液压千斤顶在进行地应力加载时,拆除其动力端连接的圆形垫筒,连接上加载板,进行地应力加载。

5.如权利要求2所述的模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置,其特征在于,所述的导向框放在所述的反力架内,其为一个矩形框架结构,其上设有导轨,六面加载板插装在所述的导轨内。

6.如权利要求1所述的一种模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置,其特征在于,所述的条形控制板包括多个,多个条形控制板按照一定的倾斜角度依次安装导向框前、后两个面的加载板上。

7.如权利要求1所述的一种模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置,其特征在于,所述的阻板件包括多个,多个阻板件按照设定的间距和位置水平的安装在所述的底部加载板上,进一步的,所述的阻板件为阻板钢筋。

8.如权利要求1所述的一种模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置,其特征在于,所述的三角形加载块可在弧面承载块上自由滑动。

9.如权利要求1所述的一种模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置,其特征在于,所述的圆形垫筒用于连接顶端液压千斤顶与三角形加载块,两者之间的间距通过调节圆形垫筒的数量来控制。

10.利用权利要求1-9所述的模拟不同倾角倾斜岩层物理模型试验装置进行倾斜岩层物理模型试验的方法,其特征在于,

第一步,制作条形控制板

根据试验设计的倾斜岩层的倾角α以及分层厚度h,将矩形钢板切割成条形控制板,并用连接螺栓将第一块条形控制板固定在前、后加载板上;

第二步,铺填岩层相似材料

根据计算好的比例称取实验所需第一层相似材料原料,采用搅拌机搅拌均匀后倒入制备系统的第一层相似材料铺填空间,沿条形控制板边缘用刮板刮平,刮平后用木板轻轻碾压;

第三步,安装压实系统

3-1、将压实板放在相似材料上面,压实板底部放在底部加载板上的阻板件前面,防止压实过程中钢板滑动。

3-2、用锚固螺栓将弧面承载块固定在压实板上,将三角形加载块盛放于弧面加载块上,保证在加载过程中三角形加载块顶面始终保持水平;

3-3、测量顶部液压千斤顶与三角形加载块顶面之间的间距,选取合适数量的圆形垫筒,将液压千斤顶与三角形加载块进行连接;

第四步,压实相似材料

根据相似材料成型压力P0计算液压千斤顶的压力设定值P=P0/cosα,启动加载系统对铺填好的相似材料进行加载压实,并稳压设定的时间;

第五步,试验模型成型

第一层压实后,拆除压实系统,并在第一层材料表面撒云母片或隔层相似材料作为隔层;安装第二块条形控制板,重复操作第二步至第四步,依次类推,直至完成多层;将各层相似材料铺填压实完毕形成试验设计的倾斜岩层;

第六步,地应力加载

根据相似比尺和实际工程中的地应力设定六面液压千斤顶的压力值,进行地应力加载,形成实验所需的地应力。

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