礦山采動順層滑坡試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采動對邊坡影響的試驗方法，尤其涉及一種礦山采動順層滑坡試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的采動滑坡相似模擬試驗臺在進(jìn)行試驗的過程中，需要在模型中裝填由基巖、煤層、上覆巖層及地表邊坡組成的相似材料，并通過人工開挖來模擬采動對邊坡的影響。這種試驗裝置在進(jìn)行人工開挖時很難準(zhǔn)確模擬開挖范圍及邊界；當(dāng)煤層埋厚較深時，所需配制的相似材料較多，裝填材料的工作量大；當(dāng)煤層上覆巖層地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜時，難以準(zhǔn)確模擬實際地質(zhì)情況。
[0003]礦山采動滑坡的相似模擬試驗比較少，這是因為:1.礦山采煤工作面位置一般距地表200m以外，若要將滑坡滑面與采煤工作面放置在同一個模型中，滑坡面相對于整個模型將很小，不足以模擬其采動影響后的運移狀態(tài)；2.巖層滑坡面與水平面一般呈較大傾角，不利于相似材料的裝填；3.未見相似滑動面的相關(guān)模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種礦山采動順層滑坡試驗方法，該方法能模擬不同滑面形態(tài)、不同滑面撓曲程度、滑面不同變形速度和分布不同抗剪強(qiáng)度等條件下各種形態(tài)滑體的變形破壞及穩(wěn)定性。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
礦山采動順層滑坡試驗方法，在該方法中采用一種試驗裝置，該試驗裝置包括試驗臺、左框架、右框架、基板、氣缸、距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和可變滑面，所述左框架豎直設(shè)置在試驗臺的左偵U，右框架豎直設(shè)置在試驗臺的右側(cè)，在左框架的內(nèi)側(cè)設(shè)置多個不同高度的固定卡孔，基板的一端鉸接在右框架的內(nèi)側(cè)，基板的另一端連接在左框架上的固定卡孔上，所述氣缸的缸體安裝在試驗臺上，氣缸的活塞桿斜向上頂在基板的底部并靠近基板的另一端；所述可變滑面設(shè)置在基板的上方，在基板與可變滑面之間均勻設(shè)置多個距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；所述距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括上支撐螺桿、可調(diào)螺母和下支撐螺桿，所述下支撐螺桿的底部連接在基板上，下支撐螺桿的頂部旋合在可調(diào)螺母的一端內(nèi)，上支撐螺桿的底部旋合在可調(diào)螺母的另一端內(nèi)，所述上支撐螺桿的頂端頂在可變滑面的底部；
該方法包括如下步驟:
1)將基板傾斜設(shè)置在試驗臺的上方；
2)稱取模擬滑面巖層所需的河砂、碳酸鈣、石膏以及緩凝劑，將其攪拌混合均勻；
3)在混合材料中加入溶有緩凝劑的水，攪拌均勻后形成滑面巖層材料；
4)在可變滑面上均勻涂抹一層黃油，模擬滑動面與下部巖層之間軟弱夾層的摩擦面；
5)在可變滑面的前側(cè)設(shè)置前擋板，在可變滑面的后側(cè)設(shè)置后擋板，所述可變滑面、左框架、右框架、前擋板和后擋板組成模型框架，將配好的滑面巖層材料裝入模型框架內(nèi)，搗固壓實，并用刮刀抹平；
6)隨著配好的滑面巖層材料的不斷裝填，前擋板和后擋板也隨之不斷向上安裝，直至模擬的滑面巖層模型制作完成；
7)模擬的滑面巖層模型干燥3天后拆去前擋板，在模擬的滑面巖層模型的前側(cè)面掛上坐標(biāo)篩網(wǎng)，然后在坐標(biāo)篩網(wǎng)上布置多個插入模擬的滑面巖層模型內(nèi)的鋼釘作為測點，將鋼釘編好序號，待模擬的滑面巖層模型再通風(fēng)干燥2天后拆去后擋板，待模擬的滑面巖層模型穩(wěn)定后開始進(jìn)行可變滑面的調(diào)節(jié)和滑面巖層模型形態(tài)變化的觀測；
8)開動與氣缸連接的氣泵，調(diào)節(jié)氣缸的活塞桿伸出的長度，改變可變滑面的傾角，達(dá)到需要位置后，調(diào)整基板與固定卡孔連接的位置，將基板與固定卡孔固定；
9)調(diào)節(jié)可調(diào)螺母改變可變滑面的形態(tài)，模擬地下開挖后呈凹形、凸形、S形和反S形滑動面，觀察模擬的滑面巖層模型前側(cè)面上的鋼釘?shù)奈恢米兓?，用來模擬煤層開采對邊坡的影響。
[0006]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，模擬的滑面巖層模型制作時，每間隔5cm厚撒一層云母粉。
[0007]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述緩凝劑為硼砂。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，模擬滑面巖層所需的原料按如下重量份進(jìn)行配比:河砂:168.71;碳酸鈣:10.12;石膏:23.62;硼砂:2.53 ;水:25.31。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:
1、通過在可變滑面涂抹不同材料來模擬不同特性的滑面巖層，從而可改變滑面的抗剪強(qiáng)度。
[0010]2、通過氣缸的活塞桿支撐調(diào)節(jié)可變滑面高度后由固定卡孔固定，來調(diào)節(jié)滑面及巖層傾角。
[0011]3、通過旋轉(zhuǎn)連接可變滑面的可調(diào)螺母來調(diào)節(jié)滑面形態(tài)，模擬地下開挖后呈凹形、凸形、S形和反S形滑動面。
[0012]4、改用可變滑面間接模擬地下開挖對邊坡的影響，大大節(jié)省了配制和裝填滑面以下相似材料的時間，節(jié)約材料用量，且數(shù)值模擬計算結(jié)果較人工開挖更為準(zhǔn)確，可操作性更強(qiáng)。
[0013]5、節(jié)省材料，減少了配制和裝填材料的工作量，改人工開挖為數(shù)值模擬和調(diào)節(jié)可變滑面，結(jié)果更加準(zhǔn)確，可操作性更強(qiáng)。
[0014]6、該試驗方法能模擬不同滑面形態(tài)、不同滑面撓曲程度、滑面的不同變形速度和分布不同抗剪強(qiáng)度等條件下各種形態(tài)滑體的變形破壞及穩(wěn)定性，能方便地測定滑面及滑體各點的應(yīng)力及位移。
【附圖說明】
[0015]圖1為礦山采動順層滑坡試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為在模擬的滑面巖層模型的前側(cè)面安裝坐標(biāo)篩網(wǎng)和鋼釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖中:1 一試驗臺；2—左框架；3—右框架；4一基板；5—氣缸；6—可變滑面；7—固定卡孔；8—上支撐螺桿；9一可調(diào)螺母；10—下支撐螺桿；11一坐標(biāo)篩網(wǎng)；12—鋼釘；13—氣泵；14一轉(zhuǎn)軸；15—模擬的滑面巖層模型；16—z?母粉。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0018]礦山采動順層滑坡試驗方法，在該方法中采用一種試驗裝置，該試驗裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該試驗裝置包括試驗臺1、左框架2、右框架3、基板4、氣缸5、距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和可變滑面6。左框架2豎直設(shè)置在試驗臺I的左側(cè)，右框架3豎直設(shè)置在試驗臺I的右側(cè)，在左框架2的內(nèi)側(cè)設(shè)置多個不同高度的固定卡孔7，基板4的一端通過轉(zhuǎn)軸14鉸接在右框架3的內(nèi)側(cè)，基板4的另一端連接在左框架2上的固定卡孔7上，氣缸5的缸體安裝在試驗臺I上，氣缸5的活塞桿斜向上頂在基板4的底部并靠近基板4的另一端?？勺兓?設(shè)置在基板4的上方，在基板4與可變滑面6之間均勻設(shè)置多個距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括上支撐螺桿8、可調(diào)螺母9和下支撐螺桿10，下支撐螺桿10的底部連接在基板4上，下支撐螺桿10的頂部旋合在可調(diào)螺母9的一端內(nèi)，上支撐螺桿8的底部旋合在可調(diào)螺母9的另一端內(nèi)，上支撐螺桿8的頂端頂在可變滑面6的底部。
[0019]建立數(shù)值模型，模擬地下開挖后對上覆巖層及地表產(chǎn)生的變形破壞影響，在滑面設(shè)置觀測線，得到滑面下沉量曲線；在本試驗裝置中裝填好試驗材料之后，根據(jù)滑面下沉量數(shù)值，通過旋轉(zhuǎn)可變滑面下連接的可調(diào)螺母來調(diào)節(jié)可變滑面形態(tài)，模擬地下開挖對邊坡的影響；通過氣缸活塞桿支撐調(diào)節(jié)可變滑面高度并通過固定卡孔固定，來調(diào)節(jié)滑面及巖層傾角。
[0020]該方法包括如下步驟:
I)將基板4傾斜設(shè)