一种洞室围岩支护压力试验装置

1.本技术涉及洞室围岩支护领域，尤其涉及一种洞室围岩支护压力试验装置。


背景技术：

2.洞室围岩是指地下洞室周围由于地下局部开挖引起变形及应力重新分布的一定范围的岩土体，或者洞室周围其稳定性受到影响的岩土体。水电工程大型地下洞室是最为复杂的系统工程之一，其施工期的围岩稳定性一直是岩石力学和工程领域关注的难点和热点，也是工程工作者必须予以高度重视的问题。洞室围岩由于地质条件的差异，在施工时容易发生岩爆和软岩大变形等重大工程地质问题，直接关系到地下洞室施工的安全、进度和质量。在施工中，通常采用开挖洞室的同时，建立支护结构对洞室围岩进行支护以保证施工的安全性。施工前通过试验装置对洞室围岩支护进行模拟压力试验可以提前发现施工时可能遇到的问题，从而做出应对施工方案。现有技术中的洞室围岩支护压力试验装置通常包括围岩模拟试验箱、用于对围岩模拟试验箱施加压力的施压件和支护结构，围岩模拟试验箱上开设有洞室，支护结构设置于洞室内并对洞室顶壁进行支撑。支护结构包括底座、支撑杆和支撑板，底座固定安装在洞室的底壁，支撑杆的一端固定在底座上，支撑板固定在支撑杆的另一端，支撑板支撑在洞室顶壁处。
3.上述现有技术中的洞室围岩支护压力试验装置存在的问题是，其支护结构为固定式设计，无法进行调节，适用范围小、实用性差。


技术实现要素：

4.为了改善现有技术中的洞室围岩支护压力试验装置存在的适用范围小、实用性差的技术问题，本技术提供一种洞室围岩支护压力试验装置。
5.本技术提供的洞室围岩支护压力试验装置采用如下的技术方案：一种洞室围岩支护压力试验装置，包括围岩模拟试验箱、支护结构、安装架和用于对围岩模拟试验箱施加压力的施压件，围岩模拟试验箱上开设有洞室，支护结构设置于洞室内并对洞室顶壁进行支撑，所述围岩模拟试验箱和施压件均固定安装在安装架上，且施压件位于围岩模拟试验箱上方，支护结构包括底座、支撑杆、支撑组件和用于驱动支撑杆上下移动的驱动件，驱动件安装在底座上，支撑杆的一端安装在驱动件上，支撑杆的另一端与支撑组件固定连接。
6.通过采用上述技术方案，本技术的洞室围岩支护压力试验装置在使用时能够根据洞室的大小通过驱动件调节支撑杆上下移动，进而调节支撑组件上下移动，使得支撑组件能够支撑在不同大小洞室的顶壁上。本技术的洞室围岩支护压力试验装置适用范围广、实用性好。
7.优选的，所述底座上固定设置有连接柱，连接柱的远离底座的一端开设有环形卡槽，驱动件为旋转套筒，旋转套筒的一端固定设置有环形卡圈，环形卡圈转动连接在环形卡槽内，旋转套筒的周向内壁设置有内螺纹，支撑杆上设置有与内螺纹配合的外螺纹，支撑杆
的远离支撑组件的一端螺纹连接在旋转套筒内。
8.通过采用上述技术方案，可通过手动转动旋转套筒调节支撑杆上下移动，使用起来十分方便。
9.优选的，所述支撑杆的与支撑组件固定连接的一端还固定设置有压力传感器，压力传感器与支撑组件抵触，压力传感器与外界设备电连接用于将压力信号传输至外界设备中。
10.通过采用上述技术方案，能够实时检测支撑杆受到的压力。
11.优选的，所述支撑组件包括第一支撑板、第二支撑板、第一调节支撑板、第二调节支撑板和固定板，固定板固定连接在第一支撑板与第二支撑板之间，第一支撑板与第二支撑板平行间隔设置，第一调节支撑板和第二调节支撑板均安装在第一支撑板与第二支撑板之间，第一支撑板和第二支撑板上均开设有导向滑槽，第一调节支撑板和第二调节支撑板上分别固定设置有与导向滑槽导向移动配合的导向滑块，第一调节支撑板和第二调节支撑板能够在第一支撑板与第二支撑板之间移动。
12.通过采用上述技术方案，能够实现支撑组件的宽度调节，从而便于进行不同宽度的支撑组件的压力试验。
13.优选的，所述洞室的顶壁为弧形，第一支撑板、第二支撑板、第一调节支撑板和第二调节支撑板均为与洞室的顶壁适配的弧形板状结构，导向滑槽为弧形槽，导向滑块为与弧形槽导向移动配合的弧形滑块，第一支撑板与开设在其上的导向滑槽同圆心设置，第二支撑板与开设在其上的导向滑槽同圆心设置。
14.通过采用上述技术方案，能够实现支撑组件的宽度调节，从而便于进行不同宽度的支撑组件的压力试验。
15.优选的，所述第一支撑板内部开设有第一安装空间，第二支撑板内部开设有第二安装空间，第一支撑板与第二支撑板之间还转动连接有主动轴，主动轴的一端穿过第一安装空间并向外伸出形成悬伸端，主动轴的另一端伸入到第二安装空间内，主动轴上还固定安装有第一主动齿轮和第二主动齿轮，第一主动齿轮位于第一安装空间内，第二主动齿轮位于第二安装空间内，第一安装空间内还转动安装有从动齿轮，从动齿轮与第一主动齿轮啮合，第一调节支撑板上的导向滑块安装在第一支撑板上的导向滑槽内，第二调节支撑板上的导向滑块安装在第二支撑板上的导向滑槽内，导向滑块上还固定设置有弧形齿条，第一调节支撑板上的导向滑块的弧形齿条伸入第一安装空间内且与从动齿轮啮合；第二调节支撑板上的导向滑块的弧形齿条伸入第二安装空间内且与第二主动齿轮啮合。
16.通过采用上述技术方案，能够实现第一调节支撑板与第二调节支撑板的同时相向移动或者相背移动。
17.优选的，所述施压件通过挤压固定组件固定，挤压固定组件包括圆管状的安装筒，安装筒固定安装在安装架上且安装筒的轴线呈竖直方向延伸，安装筒的筒壁内部开设有环形安装空间，安装筒的轴向端面开设有沿竖直方向延伸的驱动轴安装孔，驱动轴安装孔内转动安装有驱动轴，驱动轴的一端位于安装筒外形成外伸端，驱动轴的另一端伸入到环形安装空间内，驱动轴上还固定安装有驱动直齿轮和驱动锥齿轮，驱动直齿轮和驱动锥齿轮位于环形安装空间内且驱动锥齿轮位于驱动轴的端部；环形安装空间的内侧筒壁上还转动套装有环形齿轮，环形齿轮与驱动直齿轮啮合；环形安装空间内还转动安装有与驱动轴平
行设置的从动轴，从动轴与驱动轴在沿安装筒的周向上均匀间隔设置，从动轴上固定设置有从动直齿轮和从动锥齿轮，从动锥齿轮位于从动轴的端部，从动直齿轮与环形齿轮啮合；环形安装空间内还转动安装有配合锥齿轮，配合锥齿轮的设置个数等于驱动锥齿轮与从动锥齿轮的个数之和，驱动锥齿轮与从动锥齿轮分别啮合有一个配合锥齿轮，各配合锥齿轮分别通过顶压杆转动安装在环形安装空间内，环形安装空间径向两侧的筒壁上分别开设有供顶压杆穿过的通孔，顶压杆沿安装筒的径向设置且顶压杆的两端支撑在两通孔内，顶压杆包括螺纹段和止转配合段，螺纹段设置有外螺纹，配合锥齿轮中心设置有与螺纹段螺纹配合的螺纹孔，配合锥齿轮螺纹连接在螺纹段上，止转配合段上设置有向外凸出的挡止块，位于环形安装空间外侧筒壁上的通孔孔壁上开设有与挡止块配合的插槽，挡止块插装在插槽内，螺纹段的端部固定安装有用于顶压施压件的顶压板。
18.通过采用上述技术方案，转动驱动轴能够同时控制各从动轴转动，进而同时控制各配合锥齿轮转动，各配合锥齿轮转动驱动各顶压杆同时沿安装筒的径向移动将施压件顶紧固定，使得施压件固定安装起来十分方便；而且，能够固定不同尺寸大小的施压件，可以根据试验需要选择相应的施压件进行固定。
19.优选的，所述驱动轴的外伸端还固定安装有便于转动驱动轴的转盘。
20.通过采用上述技术方案，方便转动驱动轴。
21.优选的，所述洞室设置有至少两个，且各洞室的大小各不相同。
22.通过采用上述技术方案，可以观察在同一压力的作用下洞室大小对支护结构稳定性是否有改变，行程对照试验，增加试验的准确性。
附图说明
23.图1是本技术实施例的洞室围岩支护压力试验装置的一个视角的立体结构示意图；图2是本技术实施例的洞室围岩支护压力试验装置的另一个视角的立体结构示意图；图3是本技术实施例的洞室围岩支护压力试验装置的支护结构的示意图；图4是图3中支护结构显示第一支撑板内部结构的示意图；图5是图3中支护结构显示第二支撑板内部结构的示意图；图6是本技术实施例的洞室围岩支护压力试验装置的挤压固定组件的结构示意图；图7是图6中挤压固定组件的俯视图；图8是图7中a-a向剖视图。
24.附图标记说明：1、围岩模拟试验箱；11、洞室；2、支护结构；21、底座；211、连接柱；22、支撑杆；23、支撑组件；231、第一支撑板；232、第二支撑板；233、第一调节支撑板；234、第二调节支撑板；235、固定板；236、导向滑槽；237、导向滑块；238、主动轴；239、转轮；240、第一主动齿轮；241、第二主动齿轮；242、从动齿轮；24、旋转套筒；25、矩形块；3、安装架；31、底板；32、支腿；33、横杆；34、安装板；4、液压缸；41、伸缩杆；42、施压板；5、挤压固定组件；51、安装筒；52、环形安装空间；53、轴承；54、驱动轴；55、转盘；56、驱动直齿轮；57、驱动锥齿轮；58、环形齿轮；59、从动轴；60、从动直齿轮；61、从动锥齿轮；62、配合锥齿轮；63、顶压杆；
631、螺纹段；632、止转配合段；633、挡止块；64、顶压板。
具体实施方式
25.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
26.参照图1和图2，本技术实施例公开了一种洞室围岩支护压力试验装置，包括围岩模拟试验箱1、支护结构2、安装架3和用于对围岩模拟试验箱1施加压力的施压件。围岩模拟试验箱1上开设有两个大小不同的洞室11，洞室11的顶壁为弧形，支护结构2设置有两个且分别位于两个洞室11内并对洞室11顶壁进行支撑。围岩模拟试验箱1和施压件均固定安装在安装架3上，且施压件位于围岩模拟试验箱1上方。在本实施例中，安装架3包括底板31、固定在底板31上的支腿32、固定连接在支腿32上部的横杆33、固定连接在两横杆33之间的安装板34，安装板34间隔设置有两个。围岩模拟试验箱1固定在底板31上，两安装板34上分别固定设置有一个挤压固定组件5，施压件设置有两个且分别固定安装于两个挤压固定组件5处。施压件为液压缸4，液压缸4的伸缩杆41端部固定有施压板42，施压板42抵触在围岩模拟试验箱1的顶部。
27.参照图3-图5，支护结构2包括底座21、支撑杆22、支撑组件23和用于驱动支撑杆22上下移动的驱动件。驱动件安装在底座21上，支撑杆22的一端安装在驱动件上，支撑杆22的另一端与支撑组件23固定连接。在本实施例中，底座21上固定设置有连接柱211，连接柱211的远离底座21的一端开设有环形卡槽（图中未示出），驱动件为旋转套筒24，旋转套筒24的一端固定设置有环形卡圈（图中未示出），环形卡圈转动连接在环形卡槽内。旋转套筒24的周向内壁设置有内螺纹，支撑杆22上设置有与内螺纹配合的外螺纹，支撑杆22的远离支撑组件23的一端螺纹连接在旋转套筒24内。支撑杆22的与支撑组件23固定连接的一端还固定设置有压力传感器（图中未示出），压力传感器与支撑组件23抵触，压力传感器与外界设备电连接用于将压力信号传输至外界设备中。工作人员可通过外界设备查看压力传感器受的压力大小。在本实施例中，支撑杆22的与支撑组件23固定连接的一端固定设置有横截面为矩形的矩形块25，矩形块25的朝向支撑组件23的侧面上设置有安装槽（图中未示出），压力传感器固定安装于安装槽内。
28.继续参照图3-图5，支撑组件23包括第一支撑板231、第二支撑板232、第一调节支撑板233、第二调节支撑板234和固定板235，固定板235固定连接在第一支撑板231与第二支撑板232之间，第一支撑板231与第二支撑板232平行间隔设置，第一调节支撑板233和第二调节支撑板234均安装在第一支撑板231与第二支撑板232之间，第一支撑板231和第二支撑板232上均开设有导向滑槽236，第一调节支撑板233和第二调节支撑板234上分别固定设置有与导向滑槽236导向移动配合的导向滑块237，第一调节支撑板233和第二调节支撑板234能够在第一支撑板231与第二支撑板232之间移动。在本实施例中，第一支撑板231、第二支撑板232、第一调节支撑板233和第二调节支撑板234均为与洞室11的顶壁适配的弧形板状结构，导向滑槽236为弧形槽，导向滑块237为与弧形槽导向移动配合的弧形滑块，第一支撑板231与开设在其上的导向滑槽236同圆心设置，第二支撑板232与开设在其上的导向滑槽236同圆心设置。
29.继续参照图3-图5，第一支撑板231内部开设有第一安装空间，第二支撑板232内部开设有第二安装空间，第一支撑板231与第二支撑板232之间还转动连接有主动轴238，主动
轴238的一端穿过第一安装空间并向外伸出形成悬伸端，主动轴238的另一端伸入到第二安装空间内。主动轴238的悬伸端还固定安装有便于转动主动轴238的转轮239。主动轴238上还固定安装有第一主动齿轮240和第二主动齿轮241，第一主动齿轮240位于第一安装空间内，第二主动齿轮241位于第二安装空间内。第一安装空间内还转动安装有从动齿轮242，从动齿轮242与第一主动齿轮240啮合。第一调节支撑板233上的导向滑块237安装在第一支撑板231上的导向滑槽236内，第二调节支撑板234上的导向滑块237安装在第二支撑板232上的导向滑槽236内。导向滑块237上还固定设置有弧形齿条，第一调节支撑板233上的导向滑块237的弧形齿条伸入第一安装空间内且与从动齿轮242啮合，第二调节支撑板234上的导向滑块237的弧形齿条伸入第二安装空间内且与第二主动齿轮241啮合。使用时，转动转轮239能够实现第一调节支撑板233与第二调节支撑板234的同时相向移动或者相背移动。
30.参照图6-图8，挤压固定组件5包括圆管状的安装筒51，安装筒51固定在安装板34上且安装筒51的轴线呈竖直方向延伸。安装筒51的筒壁内部开设有环形安装空间52，安装筒51的轴向端面开设有沿竖直方向延伸的驱动轴安装孔，驱动轴安装孔内固定安装有轴承53，驱动轴安装孔内通过轴承53转动安装有驱动轴54，驱动轴54的一端位于安装筒51外形成外伸端，驱动轴54的另一端伸入到环形安装空间52内。驱动轴54的外伸端还固定安装有便于转动驱动轴54的的转盘55。驱动轴54上还固定安装有驱动直齿轮56和驱动锥齿轮57，驱动直齿轮56和驱动锥齿轮57位于环形安装空间52内且驱动锥齿轮57位于驱动轴54的端部。环形安装空间52的内侧筒壁上还转动套装有环形齿轮58，环形齿轮58与驱动直齿轮56啮合。
31.继续参照图6-图8，环形安装空间52内还转动安装有与驱动轴54平行设置的从动轴59，从动轴59与驱动轴54在沿安装筒51的周向上均匀间隔设置。安装筒51的轴向端面上还开设有沿竖直方向延伸的从动轴安装孔，从动轴安装孔与从动轴59一一对应设置，从动轴安装孔内固定安装有轴承，从动轴59的一端固定安装在从动轴安装孔内轴承的内圈上。从动轴59上固定设置有从动直齿轮60和从动锥齿轮61，从动锥齿轮61位于从动轴59的远离从动轴安装孔的端部，从动直齿轮60与环形齿轮58啮合。环形安装空间52内还转动安装有配合锥齿轮62，配合锥齿轮62的设置个数等于驱动锥齿轮57与从动锥齿轮61的个数之和。驱动锥齿轮57与从动锥齿轮61分别啮合有一个配合锥齿轮62，各配合锥齿轮62分别通过顶压杆63转动安装在环形安装空间52内。环形安装空间52径向两侧的筒壁上分别开设有供顶压杆63穿过的通孔，顶压杆63沿安装筒51的径向设置且顶压杆63的两端支撑在两通孔内。顶压杆63包括螺纹段631和止转配合段632。螺纹段631设置有外螺纹，配合锥齿轮62中心设置有与螺纹段631螺纹配合的螺纹孔，配合锥齿轮62螺纹连接在螺纹段631上，且配合锥齿轮62与环形安装空间52内侧的筒壁抵触。螺纹段631的端部还固定安装有用于顶压液压缸缸体的顶压板64，顶压板64具有与液压缸缸体适配贴合的顶压面。止转配合段632上设置有向外凸出的挡止块633，位于环形安装空间52外侧筒壁上的通孔的孔壁上开设有与挡止块633配合的插槽，挡止块633插装在插槽内。使用时，转动驱动轴54能够同时控制各从动轴59转动，进而同时控制各配合锥齿轮62转动，各配合锥齿轮62转动驱动各顶压杆63同时沿安装筒51的径向移动将施压件顶紧固定，使得施压件固定安装起来十分方便。
32.本技术实施例的实施原理为：本技术的洞室围岩支护压力试验装置使用时，将两个支护结构2分别置于两个洞室11内，并根据洞室11的大小，转动旋转套筒24调节支撑组件
23的高度，使支撑组件23贴合支撑在洞室11顶壁上；然后根据试验需要选择相应压力大小的施压件，将液压缸4固定安装在挤压固定组件5的安装筒51内，然后控制液压缸4工作，液压缸4的伸缩杆41向外伸出驱动施压板42顶压围岩模拟试验箱1的顶部进行压力试验。
33.本技术的洞室围岩支护压力试验装置在使用时能够根据洞室11的大小通过驱动件调节支撑杆22上下移动，进而调节支撑组件23上下移动，使得支撑组件23能够支撑在不同大小洞室11的顶壁上；能够实现支撑组件23的宽度调节，从而便于进行不同宽度的支撑组件23的压力试验；能够驱动各顶压杆63同时沿安装筒51的径向移动将施压件顶紧固定，使得施压件固定安装起来十分方便；可以观察在同一压力的作用下洞室11大小对支护结构2稳定性是否有改变，行程对照试验，增加试验的准确性。本技术的洞室围岩支护压力试验装置适用范围广、实用性好。
34.在其他实施例中，洞室11的设置个数可以根据需要进行选择。
35.在其他实施例中，驱动件还可以替换为其他常用的直线驱动件，例如，电动推杆。
36.本具体实施方式的实施例均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。