一种模拟地表采动变形的装置

本技术涉及地表采动变形分析。具体地说是一种模拟地表采动变形的装置。

背景技术：

1、为提高建筑物整体稳定性，建筑物基础多深埋，且多采用整体基础，导致建筑基础受地表变形作用的附加力显著增大；大型建（构）筑物的建筑荷载激增，对地基稳定性要求也越来越高。这些变化使得以往基于砖木、砖混结构建筑条件总结出来的建（构）筑物采动损坏与防护技术研究成果已严重跟不上时代的发展，很多技术措施不再适合大型建（构）筑物的抗变形要求，极大地阻碍了资源型城市采煤塌陷地的土地利用和经济发展。故需要一种模拟地表采动变形的装置来研究地表的采动变形规律。

技术实现思路

1、为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种模拟地表采动变形的装置，可以针对资源型城市采煤沉陷区大规模兴建大型建（构）筑物的现实需求，根据当前建（构）筑物的结构新特点、新要求，模拟不同结构的建（构）筑物，并通过塑造不同的地表移动变形工况，快速开展建筑物采动响应变形规律的模拟试验研究。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种模拟地表采动变形的装置，包括相似材料模拟箱和变形控制机构；所述相似材料模拟箱的内部填充岩土相似材料；所述相似材料模拟箱的底壁为橡胶皮垫；所述变形控制机构包括万向调节支撑、螺旋杆和底座，所述万向调节支撑安装在所述螺旋杆的一端，且所述万向调节支撑抵顶在所述橡胶皮垫的底面上，所述螺旋杆安装在所述底座上；所述万向调节支撑在所述螺旋杆的旋转下沿垂直于所述橡胶皮垫底面的方向进行直线上下运动；所述相似材料模拟箱安装在所述变形控制机构的底座上。

4、上述模拟地表采动变形的装置，所述相似材料模拟箱还包括支护柱、支护横梁和透明玻璃板；所述透明玻璃板为4块，4块所述透明玻璃板和所述橡胶皮垫围成长方体；

5、所述支护柱包括第一支护柱、第二支护柱、第三支护柱和第四支护柱，所述第一支护柱、所述第二支护柱、所述第三支护柱和所述第四支护柱相互平行设置且均垂直于所述橡胶皮垫；所述第一支护柱和所述第二支护柱之间的距离与所述第三支护柱和所述第四支护柱之间的距离均等于所述橡胶皮垫的宽度，所述第一支护柱和所述第三支护柱之间的距离与所述第二支护柱和第四支护柱之间的距离均等于所述橡胶皮垫的长度；

6、所述支护横梁包括第一可拆卸横梁、第二可拆卸横梁、第一不可拆卸横梁和第二不可拆卸横梁；所述第一可拆卸横梁和所述第二可拆卸横梁平行设置，且所述第一可拆卸横梁和所述第二可拆卸横梁之间的距离等于所述橡胶皮垫的宽度；所述第一不可拆卸横梁和所述第二不可拆卸横梁平行设置，且所述第一不可拆卸横梁和所述第二不可拆卸横梁之间的距离等于所述橡胶皮垫的长度；在准备铺设相似模型时，安装第一可拆卸横梁和第二可拆卸横梁，直至最终开始实验观测、开始调节螺旋杆时才可将第一可拆卸横梁和第二可拆卸横梁拆除；

7、所述第一可拆卸横梁两端分别与所述第一支护柱和所述第三支护柱可拆卸连接，所述第二可拆卸横梁两端分别与所述第二支护柱和所述第四支护柱可拆卸连接；所述第一不可拆卸横梁两端分别与所述第一支护柱和所述第二支护柱固定连接，所述第二不可拆卸横梁两端分别与所述第三支护柱和所述第四支护柱固定连接；

8、所述橡胶皮垫位于所述第一可拆卸横梁、所述第二可拆卸横梁、所述第一不可拆卸横梁和所述第二不可拆卸横梁围成的长方形内且所述橡胶皮垫的四个边分别与所述第一可拆卸横梁、所述第二可拆卸横梁、所述第一不可拆卸横梁和所述第二不可拆卸横梁搭接；所述第一支护柱、所述第二支护柱、所述第三支护柱和所述第四支护柱均与所述形控制机构固定连接。

9、上述模拟地表采动变形的装置，所述底座包括支撑板、第一支腿和第二支腿；所述支撑板的两端分别固定安装在所述第一支腿和第二支腿上，所述支撑板上开设有螺纹孔，所述螺旋杆远离所述橡胶皮垫的一端垂直穿过所述螺纹孔与所述支撑板螺纹连接；所述相似材料模拟箱安装在所述支撑板上。

10、上述模拟地表采动变形的装置，所述底座包括支撑板、第一支腿和第二支腿；所述支撑板的两端分别固定安装在所述第一支腿和第二支腿上，所述支撑板上开设有螺纹孔，所述螺旋杆远离所述橡胶皮垫的一端垂直穿过所述支撑板并通过所述螺纹孔与所述支撑板螺纹连接；所述第一支护柱、所述第二支护柱、所述第三支护柱和所述第四支护柱均固定安装在所述支撑板上。

11、上述模拟地表采动变形的装置，所述变形控制机构还包括螺旋旋钮和刻度盘面；所述刻度盘面具有安装孔，所述螺旋杆的另一端依次穿过所述刻度盘面的安装孔和所述支撑板的螺纹孔并与所述螺旋旋钮固定连接。

12、上述模拟地表采动变形的装置，所述相似材料模拟箱的外部尺寸长宽高为1030mm×230mm×500mm，内部尺寸长宽高为1000mm×200mm×500mm。

13、上述模拟地表采动变形的装置，所述橡胶皮垫的厚度为5～20mm。所述橡胶皮垫的厚度取决于模拟开采煤层上覆岩层的强度，坚硬岩层则取较厚的橡胶皮垫，软弱岩层则取较薄的橡胶皮垫。

14、上述模拟地表采动变形的装置，所述螺旋杆在所述橡胶皮垫的底面上等间距设置两行，每行包括10列所述螺旋杆；所述螺旋杆行列间距为10cm；每个所述螺旋杆均通过所述万向调节支撑抵顶在所述橡胶皮垫的底面上。

15、上述模拟地表采动变形的装置，所述万向调节支撑的半径为15mm。

16、上述模拟地表采动变形的装置，所述万向调节支撑在所述螺旋杆的旋转下沿垂直于所述橡胶皮垫底面的方向进行直线上下运动的最大距离为10cm。

17、本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：

18、本实用新型模拟地表采动变形的装置可以实现对不同地表下沉工况的模拟，同时不影响移动变形监测效果，可正常进行应力应变观测，提高工作效率，配合建筑模型可以实现对建筑物采动响应变形规律的模拟实验研究。

19、本实用新型以能够变形的橡胶皮垫作为相似材料模拟箱底面，并通过在橡胶皮垫下方设置螺旋杆来支撑和调节橡胶皮垫的变形位置和变形量，能够塑造不同的地表移动变形工况，在岩土相似模型耦合建筑模型，可快速开展建筑物采动响应变形规律的模拟试验研究。

技术特征：

1.一种模拟地表采动变形的装置，其特征在于，包括相似材料模拟箱(11)和变形控制机构(12)；所述相似材料模拟箱(11)的内部填充岩土相似材料(10)；所述相似材料模拟箱(11)的底壁为橡胶皮垫(4)；所述变形控制机构(12)包括万向调节支撑(5)、螺旋杆(6)和底座(8)，所述万向调节支撑(5)安装在所述螺旋杆(6)的一端，且所述万向调节支撑(5)抵顶在所述橡胶皮垫(4)的底面上，所述螺旋杆(6)安装在所述底座(8)上；所述万向调节支撑(5)在所述螺旋杆(6)的旋转下沿垂直于所述橡胶皮垫(4)底面的方向进行直线上下运动；所述相似材料模拟箱(11)安装在所述变形控制机构(12)的底座(8)上。

2.根据权利要求1所述的模拟地表采动变形的装置，其特征在于，所述相似材料模拟箱(11)还包括支护柱(1)、支护横梁(3)和透明玻璃板(2)；所述透明玻璃板(2)为4块，4块所述透明玻璃板(2)和所述橡胶皮垫(4)围成长方体；

3.根据权利要求1所述的模拟地表采动变形的装置，其特征在于，所述底座(8)包括支撑板(13)、第一支腿(81)和第二支腿(82)；所述支撑板(13)的两端分别固定安装在所述第一支腿(81)和第二支腿(82)上，所述支撑板(13)上开设有螺纹孔，所述螺旋杆(6)远离所述橡胶皮垫(4)的一端垂直穿过所述螺纹孔与所述支撑板(13)螺纹连接；所述相似材料模拟箱(11)安装在所述支撑板(13)上。

4.根据权利要求2所述的模拟地表采动变形的装置，其特征在于，所述底座(8)包括支撑板(13)、第一支腿(81)和第二支腿(82)；所述支撑板(13)的两端分别固定安装在所述第一支腿(81)和第二支腿(82)上，所述支撑板(13)上开设有螺纹孔，所述螺旋杆(6)远离所述橡胶皮垫(4)的一端垂直穿过所述支撑板(13)并通过所述螺纹孔与所述支撑板(13)螺纹连接；所述第一支护柱(101)、所述第二支护柱(102)、所述第三支护柱(103)和所述第四支护柱(104)均固定安装在所述支撑板(13)上。

5.根据权利要求4所述的模拟地表采动变形的装置，其特征在于，所述变形控制机构(12)还包括螺旋旋钮(9)和刻度盘面(7)；所述刻度盘面(7)具有安装孔，所述螺旋杆(6)的另一端依次穿过所述刻度盘面(7)的安装孔和所述支撑板(13)的螺纹孔并与所述螺旋旋钮(9)固定连接。

6.根据权利要求1-5任一所述的模拟地表采动变形的装置，其特征在于，所述相似材料模拟箱(11)的外部尺寸长宽高为1030mm×230mm×500mm，内部尺寸长宽高为1000mm×200mm×500mm。

7.根据权利要求1-5任一所述的模拟地表采动变形的装置，其特征在于，所述橡胶皮垫(4)的厚度为5～20mm。

8.根据权利要求1-5任一所述的模拟地表采动变形的装置，其特征在于，所述螺旋杆(6)在所述橡胶皮垫(4)的底面上等间距设置两行，每行包括10列所述螺旋杆(6)；所述螺旋杆(6)行列间距为10cm；每个所述螺旋杆(6)均通过所述万向调节支撑(5)抵顶在所述橡胶皮垫(4)的底面上。

9.根据权利要求1-5任一所述的模拟地表采动变形的装置，其特征在于，所述万向调节支撑(5)的半径为15mm。

10.根据权利要求1-5任一所述的模拟地表采动变形的装置，其特征在于，所述万向调节支撑(5)在所述螺旋杆(6)的旋转下沿垂直于所述橡胶皮垫(4)底面的方向进行直线上下运动的最大距离为10cm。

技术总结
本技术公开一种模拟地表采动变形的装置，包括相似材料模拟箱和变形控制机构；所述相似材料模拟箱的内部填充岩土相似材料；所述相似材料模拟箱的底壁为橡胶皮垫；所述变形控制机构包括万向调节支撑、螺旋杆和底座，所述万向调节支撑安装在所述螺旋杆的一端，且所述万向调节支撑抵顶在所述橡胶皮垫的底面上，所述螺旋杆安装在所述底座上；所述万向调节支撑在所述螺旋杆的旋转下沿垂直于所述橡胶皮垫底面的方向进行直线上下运动；所述相似材料模拟箱安装在所述变形控制机构的底座上。利用该装置能够塑造不同的地表移动变形工况，在岩土相似模型耦合建筑模型，可快速开展建筑物采动响应变形规律的模拟试验研究。

技术研发人员：易四海,陈建城,高鹏程,仲锐,陈文聪,王赟,王思明,刘志宏
受保护的技术使用者：华北科技学院（中国煤矿安全技术培训中心）
技术研发日：20230625
技术公布日：2024/2/29