一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法
2023-06-05 05:56:11
一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法，包括如下步驟：(1)根據模擬地質對象，在主架裝置前後側安裝前後側護牆板，組成相似材料裝填空間；(2)在第一次相似材料裝填空間內裝填地質相似體，裝填高度為首次安裝前後側護牆板高度，依據上述方式完成第二次、第三次等地質相似體裝填，進行模型風乾與前後側護牆板拆卸；(3)調試自重框式配載區，保證傳載橫梁、摩擦橡膠板與地質相似體接觸完好，實現自重框式配載裝置上下自由滑動，配載高度等於或低於前後滑動側護擋板高度；(4)對模型進行施工開挖，運用計算機系統進行數據採集、記錄，完成實驗。本發明方法具有步驟合理與便於操作的特點，不僅精確復原與再現了地下工程環境，而且提高了加載數據精確性與實驗過程安全性。
【專利說明】一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種礦山開採物理模擬實驗方法，是一種通過自行設計小型自重框式配載三維物理模擬實驗裝置，分別在模型裝填區、自重框式配載區進行地質相似體的裝填與自重應力配載的小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法。
【背景技術】
[0002]由於地下工程環境的複雜性及現場試驗耗資大的制約，相似模擬實驗成為實現此類巖土、地質及礦山等地下工程環境再現的一種重要科學研究手段。
[0003]現有實驗室物理模擬實驗裝置，多數為大型平面二維物理模擬實驗裝置，其裝填相似材料多、耗資大、周期長，且不能實現三維實驗模擬，同時由於相似比例尺寸較大，模型上部載荷的模擬難以實現。目前，對於大型平面物理模擬實驗裝置上部載荷的實現主要有兩種方法，第一種為液壓加載實驗系統，由於不能實現載荷伺服控制，當模型有施工(礦山巷道、硐室及工作面等開挖擾動過程)影響變化時，會出現加載數據的減小與漂移，難以保證物理模擬過程中上覆巖層應力的精確再現。另一種為傳統鐵磚加載(傳統自重配載)法，由於模型為大型二維平面實驗裝置，在模型上部需配置較多鐵磚，鐵磚與裝填模型間沒有傳載橫梁及滑動側護擋板保護，易造成模型倒架傷人，安全係數低。
[0004]基於減小裝填成本、提高應力環境精確性與實驗過程安全性的小型自重框式配載三維物理模擬實驗裝置，可以有效克服上述實驗裝置的不足，但其實驗過程較為複雜，這裡以自行設計實驗裝置為基礎，提出一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法，用於精確復原與再現地下工程環境，提高加載數據精確性與實驗過程安全性，為工程實踐的可行性提供指導作用。
【發明內容】
[0005]本發明針對具體一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗裝置及其實際操作的複雜性，提出了一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法。該方法操作簡單、易於實現，不僅再現了複雜地下工程環境相似特性，而且實現了高應力條件下自重配載的精確模擬，為現場地下工程的施工提供了依據。
[0006]本發明提供一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法。包括主架裝置的安裝、地質相似體的裝填、自重框式配載裝置的調試、自重鐵磚的配載、模型開挖施工與監測數據採集、記錄。
[0007]首先，根據要模擬的地質對象，對其地質資料進行分析，確定模型比例與相似材料，分析自重鐵磚配載高度。
[0008]進一步，在主架裝置前後側安裝前後側護牆板，通過牆板螺栓與設有牆板螺孔的左右側梁進行緊固，組成相似材料的裝填空間，前後側護牆板安裝高度以不影響相似材料的裝填為宜。
[0009]進一步，在由底橫梁、左側梁、右側梁及前後側護牆板組成的第一次相似材料裝填空間內裝填地質相似體，並採用橫錘用相同力度夯實，按相似比例進行分層，各層間採用雲母分離，第一次地質相似體裝填高度為首次安裝前後側護牆板高度。
[0010]進一步，根據地質相似體設定裝填高度，在第一次安裝前後側護牆板上方進行第二次前後側護牆板安裝，同樣要求採用牆板螺栓將前後側護牆板與左右側梁進行緊固，組成第二次相似材料裝填空間，仍要求前後側護牆板安裝高度以不影響相似材料裝填為宜。
[0011]進一步，在由左右側梁與前後側護牆板組成的第二次相似材料裝填空間內進行地質相似體裝填，其裝填方式、夯實方式及分層方式均與第一次地質相似體裝填方式相同，裝填高度為第二次安裝前後側護牆板高度。
[0012]進一步，依據上述方式完成第三次、第四次等地質相似體裝填，直到完成整個實驗要求的裝填高度為止。
[0013]進一步，地質相似體裝填完成後，對模型進行自然風乾，由上到下依次拆除前後側護牆板，露出模型前後側面，以利於模型開挖。
[0014]進一步，根據地質資料及相似比例計算自重框式配載區鐵磚配載高度，在風乾地質模型體上方鋪設摩擦橡膠板，在摩擦橡膠板上方放置傳載橫梁，並來回移動傳載橫梁，至四角與左右側梁無接觸，且保證傳載橫梁、摩擦橡膠板與地質相似體接觸完好。
[0015]進一步，在傳載橫梁上方主架裝置前後安裝滑動側護擋板，滑動側護擋板通過擋板螺栓進行緊固，而滑動側護擋板與左右側梁滑動縫隙通過擋板螺栓上安裝的滑動墊圈進行摩擦接觸，組成自重框式配載區，依據配載大小完成實驗鐵磚裝配，要求配載高度等於或低於前後滑動側護擋板高度。
[0016]進一步，根據地質資料數據及相似比例對模型進行施工開挖，運用計算機系統進行數據採集、記錄，完成實驗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是實現本發明一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法結構主視圖。
[0018]圖2是圖1的左視圖。
[0019]圖3是圖1的俯視圖。
[0020]圖4是傳載橫梁11的結構示意圖。
[0021]圖中:1為擋板螺孔；2為滑動墊圈；3為摩擦橡膠板；4為模型裝填區；5為牆板螺孔；6為左側梁；7為拉杆；8為自重框式配載區；9為滑動側護擋板；10為右側梁；11為擋板螺栓；12為傳載橫梁；13為牆板螺栓；14為側護牆板；15為底橫梁；16為基座。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實例對本發明作進一步詳細的描述。
[0023]本發明提供了一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法。
[0024](I)通過對模擬地質體分析，選擇合適相似材料及相似比例，確定模型裝填區4和自重框式配載區8的高度。
[0025](2)將前後側護牆板14通過牆板螺栓13與設有牆板螺孔5的左側梁6、右側梁10的下部進行緊固，組成模型裝填區4的第一次相似材料裝填空間，且要求前後側護牆板14的安裝高度以不影響相似材料裝填為宜。[0026](3)在由底橫梁15、左側梁6、右側梁10及前後側護牆板14組成的第一次相似材料裝填空間內裝填地質相似體，並採用橫錘用相同力度夯實，按相似比例進行分層，各層間採用雲母分隔，第一次地質相似體裝填高度為首次安裝前後側護牆板14高度。
[0027](4)根據地質相似體設定的裝填高度，在第一次安裝前後側護牆板14上方進行第二次前後側護牆板14安裝，同樣要求採用牆板螺栓13將前後側護牆板14與左側梁6、右側梁10進行緊固，組成模型裝填區4的第二次相似材料裝填空間，同樣要求前後側護牆板14安裝高度以不影響相似材料裝填為宜。
[0028](5)在由左側梁6、右側梁10與前後側護牆板14組成的模型裝填區4的第二次裝填空間內進行地質相似體裝填，其裝填方式、夯實方式及分層方式均與第一次地質相似裝填相同，裝填高度為第二次安裝前後側護牆板14高度。
[0029](6)依據上述方式循環地質相似體裝填工作，直到完成整個實驗要求的裝填高度為止。
[0030](7)地質相似體裝填完成後，對模型進行自然風乾，由上到下依次拆除前後側護牆板14，露出模型前後側面，以利於模型施工開挖。
[0031 ] (8)根據地質資料及相似模擬比例，計算自重框式配載區鐵磚配載高度，在風乾地質模型體上方鋪設摩擦橡膠板3，在摩擦橡膠板3上方放置傳載橫梁12，並來回移動傳載橫梁12，至四角與左側梁6、右側梁10無接觸，且保證傳載橫梁12、摩擦橡膠板3與裝填地質相似體接觸完好。
[0032](9)在傳載橫梁12上方主架裝置前後安裝滑動側護擋板9，滑動側護擋板9通過擋板螺栓11進行緊固，而滑動側護擋板9與左側梁6、右側梁10的滑動縫隙通過擋板螺栓11上安裝的滑動墊圈2進行摩擦接觸，組成自重框式配載區8，依據配載大小完成實驗鐵磚裝配，要求配載高度等於或低於前後滑動側護擋板9高度。
[0033](10)對模型進行施工開挖，運用計算機系統進行數據採集、記錄，完成實驗。
[0034]本發明的保護範圍並不僅僅局限於本實施方式的描述，而是根據權利要求加以限定。
【權利要求】
1.一種小型自重框式配載三維物理模擬實驗方法，其特徵在於，其包括如下步驟:(1)主架裝置安裝；(2)不同段高地質相似體裝填；(3)自重框式配載裝置調試與自重鐵磚配載；(4)模型開挖與監測數據採集、記錄；其中 (1)根據模擬地質對象，對地質資料進行分析，確定模型比例與相似材料，在主架裝置前後面安裝前後側護牆板，通過牆板螺栓與設有牆板螺孔的左右側梁進行緊固，組成相似材料裝填空間，前後側護牆板安裝高度以不影響相似材料裝填為宜； (2)在由底橫梁、左側梁、右側梁及前後側護牆板組成的第一次相似材料裝填空間內裝填地質相似體，並採用橫錘用相同力度夯實，按相似比例進行分層，各層間採用雲母分隔，第一次地質相似體裝填高度為首次安裝前後側護牆板高度，依據上述方式完成第二次、第三次、第四次等地質相似體裝填，直到完成整個實驗要求的裝填高度為止，進行模型風乾與前後側護牆板拆卸； (3)根據地質資料及相似比例計算自重框式配載區鐵磚配載高度，在風乾地質模型體上方鋪設摩擦橡膠板，在摩擦橡膠板上方放置傳載橫梁進行緊固，保證傳載橫梁、摩擦橡膠板與地質相似體接觸完好，實現自重框式配載裝置上下摩擦滑動，配載高度等於或低於前後滑動側護擋板高度； (4)對模型進行施工開挖，運用計算機系統進行數據採集、記錄，完成實驗。
【文檔編號】G01V9/00GK103605169SQ201310618297
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】辛亞軍, 勾攀峰, 姬紅英 申請人:河南理工大學