一種模擬巷道圍巖破壞液壓膜式加載試驗系統的製作方法

2023-05-23 18:43:29 3

本發明涉及巷道圍巖破壞三維加載物理模擬試驗臺，特別涉及巷道圍巖破壞三維物理模擬試驗臺的加載方式。

背景技術：

目前實驗室巷道圍巖破壞物理模擬試驗臺的加載方式為將實驗模型放置在試驗框架上，然後在模型的六個表面分別設置液壓千斤頂給模型加載。這種加載方式是目前主流的模擬真三軸加載的方法。一方面由於千斤頂的活塞杆面積較小，模型的尺寸不能比千斤頂活塞杆面積大太多，否則作用在模型表面距離活塞杆較遠位置點的應力將不在均勻，所以這就在很大程度上限制了模型的尺寸不能過大；另一方面試件與千斤頂活塞杆直接接觸，在二者之間存在著很大的摩擦力，形成了影響實驗結果的邊界效應，從而導致實驗結果不準確。該巷道圍巖破壞液壓膜式加載系統可以有效的克服原有技術的缺陷，實現最大載荷50MPa的加載，消除了加載系統與實驗模型之間的摩擦力，使實驗得到更有準確的結果。並且該加載裝置結構簡單，不僅可以作為加載設備而且可以當做實驗模型製作的模具，很大程度的降低了實驗費用。

技術實現要素：

本發明的任務在於克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種用於模擬巷道圍巖破壞液壓膜式加載試驗系統，該膜式加載系統可以使試

件各面均勻受載，消除了加載裝置與實驗模型之間的摩擦，得到更有實際價值的實驗結果。加載裝置可提供的最大載荷可達到50MPa，高於目前一般的加載裝置。

其技術解決方案是：

一種用於模擬巷道圍巖破壞液壓膜式加載試驗系統，包括加載裝置與實驗模型，其特徵在於：在壓力提供裝置與模型之間設置一層橡膠片，壓力提供裝置提供的壓力通過橡膠片均勻作用在模型表面。其中外部加載裝置主要為液壓泵；每個加載模塊充液凹槽底部設一個充液孔，液壓泵通過充液孔向凹槽內注油加壓，通過液壓泵上壓力控制系統控制壓力，橡膠片受載後將載荷均勻作用到實驗模型各面上。

上述壓力提供裝置由六個可拼裝的加載模塊組成，每個加載模塊都通過邊緣的固定插片相互插緊並通過銷軸將相鄰加載模塊固定。

上述加載模塊的充液凹槽上方覆蓋一層橡膠片，通過密封壓條將橡膠片固定在凹槽外邊緣上，從而將凹槽中的油液蓋住。

上述加載模塊的內表面製作一個內凹的充液凹槽，並在凹槽內鋪設一層厚度與凹槽深度相同的金屬支撐架，防止在充填實驗模型的過程中橡膠片緊貼在凹槽底面堵塞注油孔導致凹槽內無法注入液體。

本發明具有的技術效果主要是：

1、加載模塊的充液凹槽上方覆蓋一層橡膠片，通過密封壓條將橡膠片固定在凹槽外邊緣上，從而將凹槽中的油液蓋住。在加載過程中能夠通過橡膠片將荷載均勻施加在試件的各面上，使模型每個面的各點處均受到相同的荷載；

2、加載模塊的充液凹槽上方覆蓋一層橡膠片，通過密封壓條將橡膠片固定在凹槽外邊緣上，從而將凹槽中的油液蓋住。橡膠片的尺寸為固定尺寸，遠大於液壓千斤頂的活塞杆的面積，所以試件也可選取較大尺寸；

3、橡膠片是加載裝置與實驗模型間的直接接觸面，從而消除了二者直接接觸產生的摩擦，消除了實驗過程中產生的邊界效應；

4、巷道圍巖破壞液壓膜式加載試驗系統可為試件施加的最大載荷為50MPa/m2，總力遠大於現有技術所提供的載荷；

5、該液壓膜式加載系統結構簡單，既是加載裝置又是模型製作的模具，明顯降低了實驗費用。

附圖說明：

圖1加載模塊結構原理立體示意圖；

圖2加載模塊結剖面示意圖；

圖3密封壓條及固定方式示意圖；

圖4加載裝置及實驗模塊示意圖；

圖5加載系統整體結構示意圖；

具體實施方式：

結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，一種用於模擬巷道圍巖破壞液壓膜式加載試驗系統，包括加載裝置13與實驗模型9；加載裝置13是由內表面設充液凹槽5的六個獨立的加載模塊12通過銷軸2相互拼裝而成(如圖5)。加載模塊的內表面製作一個內凹的充液凹槽5，並在凹槽內鋪設一層厚度與凹槽深度相同的金屬支撐架6，防止在充

填實驗模型9的過程中橡膠片3緊貼在凹槽5底面堵塞注油孔4導致凹槽5內無法注入液體(如圖1)。加載模塊12的充液凹槽5上方覆蓋一層橡膠片，通過密封壓條7將橡膠片3固定在凹槽5外邊緣上，從而將凹槽5中的油液蓋住(如圖3)。將其中五個裝有橡膠片的加載模塊12拼裝並固定好，每個加載模塊都通過邊緣的固定插片1相互插緊並通過銷軸2將相鄰加載模塊12固定，在組成的箱體空腔內填充實驗模型9，實驗模型既可以是巖塊整體，也可是按照實際巖層鋪設的相似模型。充填完成後將最後一個加載模塊12蓋上並固定好。拼裝完成後用液壓泵通過注油孔4同時向六個充液凹槽5內注入液體，當液體充滿後液壓力通過與實驗模型9直接接觸的橡膠片均勻作用在實驗模型的各個表面，實驗模型表面所加載荷通過液壓泵壓力控制系統控制。本發明可提供的最大載荷為50MPa，在加載過程中實驗模型與加載裝置間沒有摩擦，不會產生邊界效應幹擾實驗。該加載系統結構簡單，製造費用低，不僅可作為加載裝置而且可以作為實驗模型的製作模具，便於實驗模型的製作，可帶來明顯的經濟效益。下面對本發明中實驗模型9的製作進行說明：

根據一定的相似配比，把煤礦實際的上覆巖層情況轉化為實驗室相似的模型配比。在由五塊加載模塊組成的空腔內，根據比例將預先配好的模擬煤層10的漿液按實際角度注入空腔內，其餘部分注入相應巖層11的相似材料(如附圖4所示)。通過這樣的方法製作實驗模型可以模擬不同傾角的煤層10情況，也為不同傾角煤層的研究提供了有效的試驗方法與加載方式。