一種用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置及方法。本發(fā)明外框架包括左承載板、右承載板、承載底板，左承載板與右承載板頂部之間連接槽鋼頂梁；內(nèi)框架包括固連于承載底板上的左支擋板和右支擋板，左支擋板和右支擋板的前、后端連接有高強(qiáng)鋼化玻璃板，左支擋板和右支擋板的上部之間設(shè)有加載板，在加載板與槽鋼頂梁之間設(shè)有若干垂向加載油缸；內(nèi)框架空腔內(nèi)裝放有試驗(yàn)材料，試驗(yàn)材料中央預(yù)設(shè)有巷道開(kāi)挖單元；巷道開(kāi)挖單元通過(guò)羊角抓鉤與軸向開(kāi)挖油缸連接；軸向開(kāi)挖油缸安裝于油缸固定鋼架上；軸向開(kāi)挖油缸和垂向加載油缸通過(guò)液壓管與液壓源相連。本發(fā)明模擬不同斷面形狀、尺寸的深部巷道自動(dòng)開(kāi)挖，操作簡(jiǎn)單、觀測(cè)便捷、試驗(yàn)效率高。
【專利說(shuō)明】
一種用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于深部礦井巷道工程圍巖開(kāi)挖與支護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著我國(guó)淺部礦產(chǎn)資源的逐步減少，礦井的開(kāi)采深度在不斷的增加，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了大批千米級(jí)的深部礦井，可以預(yù)見(jiàn)，我國(guó)將有更多的礦井進(jìn)入深部或超深部開(kāi)采。隨著采深的增大，礦井巷道圍巖所賦存的工程地質(zhì)條件也愈為復(fù)雜，巷道開(kāi)挖及服務(wù)期間的大變形、垮冒、沖擊地壓、巖爆等問(wèn)題十分突出，對(duì)礦井的正常安全生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大的威脅。因此，研究深部礦井巷道圍巖在開(kāi)挖時(shí)及開(kāi)挖后的變形、破壞與穩(wěn)定性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。
[0003]由于深部開(kāi)采工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性、多變性，因而，采用室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)仍然是目前研究深部巷道圍巖的變形、破裂演化機(jī)理、穩(wěn)定性等的主要手段之一。然而，針對(duì)大型深部巷道，現(xiàn)有的物理模型試驗(yàn)裝置存在以下缺點(diǎn)與不足:一是試驗(yàn)裝置提供的加載壓力偏小，且模型受力為雙向狀態(tài)，無(wú)法模擬深部高應(yīng)力巷道的力學(xué)環(huán)境;二是巷道開(kāi)挖需采用專門的開(kāi)挖鉆進(jìn)系統(tǒng)，使得整個(gè)模型試驗(yàn)系統(tǒng)更為復(fù)雜;三是擾動(dòng)影響大，采用小型鏟、小型鍬手動(dòng)鑿?fù)诨蛘呃脤ｉT的巷道開(kāi)挖系統(tǒng)掘進(jìn)都可能對(duì)圍巖產(chǎn)生過(guò)大的擾動(dòng)影響；四是在三維應(yīng)力環(huán)境下，試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻娴淖冃?、位移情況等無(wú)法直觀觀測(cè)，不利于試驗(yàn)現(xiàn)象分析及試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的第一個(gè)目的在于針對(duì)目前常規(guī)巷道模型試驗(yàn)系統(tǒng)存在的以上技術(shù)問(wèn)題，提供一種操作簡(jiǎn)單、觀測(cè)便捷、試驗(yàn)效率高，能夠模擬不同斷面形狀、尺寸的深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置。
[0005]本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:該用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，它包括凹槽形的外框架和套于其內(nèi)的內(nèi)框架;所述外框架包括豎立的左承載板、右承載板以及與之底部固連的水平承載底板，左承載板頂部與右承載板頂部之間水平連接有若干根橫向的槽鋼頂梁;所述內(nèi)框架包括固連于承載底板上、豎立的左支擋板和右支擋板，左支擋板和右支擋板的前、后端連接有高強(qiáng)鋼化玻璃板，左支擋板和右支擋板的上部之間設(shè)有水平的加載板，加載板水平高度低于槽鋼頂梁的高度，在加載板與槽鋼頂梁之間均勻設(shè)有若干垂向加載油缸;所述內(nèi)框架空腔內(nèi)裝放有試驗(yàn)材料，試驗(yàn)材料中央預(yù)設(shè)有用于模擬巷道的、若干首尾連接的巷道開(kāi)挖單元;靠近高強(qiáng)鋼化玻璃板一側(cè)的巷道開(kāi)挖單元通過(guò)羊角抓鉤與軸向開(kāi)挖油缸連接;軸向開(kāi)挖油缸安裝于油缸固定鋼架上，油缸固定鋼架固定于外框架一端外，靠近軸向開(kāi)挖油缸的高強(qiáng)鋼化玻璃板上中央開(kāi)設(shè)有一個(gè)與巷道開(kāi)挖單元斷面尺寸相同的開(kāi)挖觀測(cè)窗;所述軸向開(kāi)挖油缸一端和垂向加載油缸的一端通過(guò)液壓管與液壓源相連。
[0006]進(jìn)一步，所述左承載板與左支擋板之間、右承載板與右支擋板之間均勻設(shè)有若干橫向鋼支撐。
[0007]具體的，所述巷道開(kāi)挖單元為一個(gè)中空的筒狀構(gòu)件，其一端設(shè)有凸起的連接頭，另一端設(shè)有與連接頭嵌合的凹形連接槽，連接頭和連接槽嵌合后的上、下對(duì)應(yīng)處設(shè)有銷釘孔，銷釘孔中插入銷釘，使各巷道開(kāi)挖單元首尾連接;靠近連接頭一端的巷道開(kāi)挖單元內(nèi)壁上焊接有抓桿，作為與軸向開(kāi)挖油缸連接的羊角抓鉤的著力點(diǎn)。
[0008]進(jìn)一步，所述巷道開(kāi)挖單元的截面或者是圓形，或者是正方形，或者是矩形，或者是直墻半圓拱形。
[0009]具體的，所述槽鋼頂梁與左承載板頂部和右承載板頂部通過(guò)螺栓連接。
[0010]具體的，所述油缸固定鋼架包括上、下兩根水平橫梁和一根垂向直梁，其上部橫梁與槽鋼頂梁螺栓連接，其下部橫梁與承載底板焊接，其垂向直梁固定軸向開(kāi)挖油缸。
[0011 ]具體的，所述高強(qiáng)鋼化玻璃板與左支擋板和右支擋板的前、后端螺栓連接。
[0012]本發(fā)明的用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了大型深部礦井巷道高壓三維應(yīng)力地質(zhì)環(huán)境的模擬，解決了常規(guī)巷道模型試驗(yàn)裝置開(kāi)挖設(shè)備復(fù)雜、開(kāi)挖擾動(dòng)大等問(wèn)題。
[0013]本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供基于上述用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，該方法包括如下步驟:
[0014](I)根據(jù)試驗(yàn)方案配制相似模型試驗(yàn)材料，將模型試驗(yàn)材料均勻填入已固定好的內(nèi)框架中，逐層壓實(shí)；
[0015](2)待填筑試驗(yàn)材料至模擬巷道的預(yù)設(shè)高度時(shí)，將若干巷道開(kāi)挖單元首尾連接好置于填筑試驗(yàn)材料上，并在巷道開(kāi)挖單元表面涂上減摩材料，布設(shè)其它相關(guān)監(jiān)測(cè)元件，繼續(xù)填筑試驗(yàn)材料至設(shè)計(jì)尺寸線;其中，巷道開(kāi)挖單元連接方法為:將前一巷道開(kāi)挖單元的連接槽套入下一巷道開(kāi)挖單元的連接頭，并插入銷釘連接好；
[0016](3)待試件即填筑的試驗(yàn)材料養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，啟動(dòng)液壓源，向垂向加載油缸提供動(dòng)力，使加載板逐漸往下移動(dòng)直至接觸到試件表面；
[0017](4)按照試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的邊界高壓力數(shù)值及加載速率，調(diào)節(jié)液壓源的閥門，逐步進(jìn)行加載直至設(shè)計(jì)壓力；
[0018](5)穩(wěn)壓一段時(shí)間，使邊界壓力充分傳遞至試件內(nèi)部;控制軸向開(kāi)挖油缸，使活塞桿伸出，并將羊角抓鉤掛到靠近試件一側(cè)表面的巷道開(kāi)挖單元內(nèi)部的抓桿上；
[0019](6)控制軸向開(kāi)挖油缸，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的開(kāi)挖速度，使活塞桿慢慢回縮，直至第一段巷道開(kāi)挖單元完全被拉出，然后取下該巷道開(kāi)挖單元，從而實(shí)現(xiàn)了深部巷道的第一步自動(dòng)低擾全斷面開(kāi)挖；
[0020](7)按照步驟(5)、(6)的方法，繼續(xù)進(jìn)行深部巷道的第二步、第三步及之后的循環(huán)開(kāi)挖，直至全部巷道開(kāi)挖單元從試件中被拉出，進(jìn)而完成整個(gè)深部巷道的開(kāi)挖過(guò)程；
[0021](8)操作液壓源的閥門，卸掉各垂向加載油缸的壓力，取下試件前面的高強(qiáng)鋼化玻璃，將試驗(yàn)后的試件清理好；
[0022](9)收集整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析深部巷道圍巖的變形、破裂特征及演化規(guī)律，確定深部圍巖穩(wěn)定性的影響因素。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0024](I)本發(fā)明通過(guò)高壓油缸、油源及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、剛度大的內(nèi)外框架為巷道模型施加高壓邊界力，且模型的各個(gè)邊界面均受到約束，實(shí)現(xiàn)了深部巷道高應(yīng)力三維狀態(tài)環(huán)境的模擬。
[0025](2)試驗(yàn)中模擬巷道開(kāi)挖無(wú)需專門的開(kāi)挖鉆進(jìn)系統(tǒng)，采用設(shè)計(jì)靈活、體積小巧的分段巷道開(kāi)挖單元拼接形成模擬巷道，配合軸向開(kāi)挖油缸，即可便捷地完成深部巷道的自動(dòng)開(kāi)挖模擬。
[0026](3)常規(guī)的人工開(kāi)挖或?qū)ｉT的巷道開(kāi)挖系統(tǒng)開(kāi)挖擾動(dòng)影響較大，而本發(fā)明通過(guò)在巷道開(kāi)挖單元表面涂抹潤(rùn)滑油、粘貼薄膜等減摩措施，控制好開(kāi)挖速率，可消除開(kāi)挖施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)影響。
[0027](4)透過(guò)高強(qiáng)鋼化玻璃板可以清楚、直觀地觀察到模擬巷道表面巖體的變形、位移情況等，克服了常規(guī)模擬試驗(yàn)在三維應(yīng)力環(huán)境下試件表面變化難以觀測(cè)的缺點(diǎn)。
[0028](5)巷道開(kāi)挖單元預(yù)埋入試件中，其斷面形狀、尺寸可以根據(jù)試驗(yàn)要求的不同進(jìn)行定制，因而適用不同斷面巷道的開(kāi)挖試驗(yàn)，而且可以模擬深部巷道分步全斷面開(kāi)挖，開(kāi)挖邊界與模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)邊界比較符合，增加了巷道模型試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
[0029](6)本發(fā)明提供的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)合理、操作簡(jiǎn)單、試驗(yàn)效率高、觀察方便、準(zhǔn)確性高，較好地實(shí)現(xiàn)了高壓三維應(yīng)力環(huán)境下深部巷道自動(dòng)、簡(jiǎn)單及低擾開(kāi)挖的模擬。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2是圖1的左視圖。
[0032]圖3是圖1的主視圖。
[0033]圖4是圖1中巷道開(kāi)挖單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖5是圖4的左端立體結(jié)構(gòu)視圖。
[0035]圖6是本發(fā)明的巷道開(kāi)挖單元斷面形狀為圓形時(shí)的主視圖。
[0036]圖7是本發(fā)明的巷道開(kāi)挖單元斷面形狀為正方形時(shí)的主視圖。
[0037]圖8是本發(fā)明的巷道開(kāi)挖單元斷面形狀為直墻半圓拱形時(shí)的主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0039]參見(jiàn)圖1至圖3，本實(shí)施例的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，包括凹槽形的外框架和套于其內(nèi)的內(nèi)框架。從圖中可見(jiàn)，外框架包括豎立的左承載板1、右承載板2，以及與左承載板I底部和右承載板2底部固連的水平承載底板3，左承載板I頂部與右承載板2頂部之間通過(guò)螺栓14水平連接有3根橫向的槽鋼頂梁4。內(nèi)框架包括固連于承載底板3上、豎立的左支擋板7和右支擋板8，左支擋板7和右支擋板8的前、后端通過(guò)螺栓連接有高強(qiáng)鋼化玻璃板10，左支擋板7和右支擋板8的上部之間設(shè)有水平的加載板6，加載板6水平高度低于槽鋼頂梁4的高度，在加載板6與槽鋼頂梁4之間均勾設(shè)有6個(gè)垂向加載油缸5;垂向加載油缸5為高壓油缸，上端固定于槽鋼頂梁4底面，下端固定于加載板6頂面。在左承載板I與左支擋板7之間、右承載板2與右支擋板8之間分別均勻設(shè)有上、下三排橫向鋼支撐18。由左支擋板7、右支擋板8、加載板6、高強(qiáng)鋼化玻璃板1及承載底板3圍合而成的內(nèi)框架空腔內(nèi)裝放有試驗(yàn)材料即試件9，試驗(yàn)材料中央預(yù)設(shè)有用于模擬巷道的、若干首尾連接的巷道開(kāi)挖單元13;垂向加載油缸5可為試件9表面提供10?15MPa的高邊界壓力?？拷岸烁邚?qiáng)鋼化玻璃板10—側(cè)的巷道開(kāi)挖單元13通過(guò)羊角抓鉤12與軸向開(kāi)挖油缸11連接。軸向開(kāi)挖油缸11安裝于油缸固定鋼架15上，從圖中可見(jiàn)，油缸固定鋼架15包括上、下兩根水平橫梁和一根垂向直梁，其上部橫梁與槽鋼頂梁4通過(guò)螺栓連接，其下部橫梁與承載底板3焊接，其垂向直梁固定軸向開(kāi)挖油缸U。靠近軸向開(kāi)挖油缸11的高強(qiáng)鋼化玻璃板10上中央開(kāi)設(shè)有一個(gè)與巷道開(kāi)挖單元13斷面尺寸相同的開(kāi)挖觀測(cè)窗;軸向開(kāi)挖油缸11 一端和垂向加載油缸5的一端通過(guò)液壓管17與液壓源16相連。
[0040]參見(jiàn)圖4至圖8，巷道開(kāi)挖單元13為一個(gè)中空的筒狀構(gòu)件131，其右端設(shè)有凸起的連接頭132，其左端設(shè)有與連接頭132嵌合的凹形連接槽136，連接頭132和連接槽136嵌合后的上、下對(duì)應(yīng)處設(shè)有銷釘孔135，銷釘孔135中插入銷釘133，使各巷道開(kāi)挖單元13首尾連接;靠近連接頭132—端的巷道開(kāi)挖單元13的內(nèi)壁上焊接有抓桿134，作為與軸向開(kāi)挖油缸11連接的羊角抓鉤12的著力點(diǎn)。從圖6至圖8中可見(jiàn)，巷道開(kāi)挖單元13的截面或者是圓形，或者是正方形，或者是直墻半圓拱形等，可根據(jù)試驗(yàn)需要定制。
[0041]上述左承載板1、右承載板2、承載底板3均采用雙層厚鋼板中間焊接斜向與垂向鋼帶制作而成。左支擋板7、右支擋板8采用網(wǎng)格式鋼架焊接上下層鋼板制作而成。槽鋼頂梁4為大型高強(qiáng)槽鋼，數(shù)量依據(jù)所述試件的長(zhǎng)度而定。加載板6采用合金結(jié)構(gòu)鋼制作，表面硬度高，經(jīng)久耐磨，將垂向加載油缸5施加的高壓載荷均勾傳遞到試件9表面。軸向開(kāi)挖油缸11的行程大于巷道開(kāi)挖單元13的長(zhǎng)度。液壓源16為大型栗站，由若干臺(tái)電機(jī)油栗組成，可同時(shí)供垂向加載油缸5及軸向開(kāi)挖油缸11工作。試件9根據(jù)試驗(yàn)方案和要求采用相似材料按一定的配比制成。
[0042]基于上述用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，本發(fā)明提供的試驗(yàn)方法具體步驟如下:
[0043](I)依據(jù)試驗(yàn)方案配制相似模型試驗(yàn)材料，將模型試驗(yàn)材料均勻填入事先已固定好的內(nèi)部框架中，逐層壓實(shí)。
[0044](2)待試驗(yàn)材料填筑至模擬巷道的預(yù)設(shè)高度時(shí)，將若干巷道開(kāi)挖單元13拼接好置于填筑試驗(yàn)材料上，并在巷道開(kāi)挖單元13表面涂上潤(rùn)滑劑等減摩材料，布設(shè)其它相關(guān)監(jiān)測(cè)元件，繼續(xù)填筑試驗(yàn)材料至設(shè)計(jì)尺寸線。其中巷道開(kāi)挖單元13拼接方法為:將前一巷道開(kāi)挖單元13的連接槽136套入下一巷道開(kāi)挖單元13的連接頭132，并插入銷釘133連接好。
[0045](3)待試件9即試驗(yàn)材料養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，啟動(dòng)液壓源16，向垂向加載油缸5提供動(dòng)力，使加載板6逐漸往下移動(dòng)直至接觸到試件9表面。
[0046](4)按照試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的邊界高壓力數(shù)值及加載速率，調(diào)節(jié)液壓源16的閥門，逐步進(jìn)行加載直至設(shè)計(jì)壓力。
[0047](5)穩(wěn)壓一段時(shí)間使邊界壓力充分傳遞至試件9內(nèi)部;控制軸向開(kāi)挖油缸11，使活塞桿伸出，并將羊角抓鉤12掛到靠近試件9表面的巷道開(kāi)挖單元13內(nèi)部的抓桿134。
[0048](6)控制軸向開(kāi)挖油缸11，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的開(kāi)挖速度，使活塞桿慢慢回縮，直至第一段巷道開(kāi)挖單元13完全被拉出，然后取下該巷道開(kāi)挖單元13，從而實(shí)現(xiàn)了深部巷道的第一步自動(dòng)低擾全斷面開(kāi)挖。
[0049](7)依據(jù)(5)(6)的方法，繼續(xù)進(jìn)行深部巷道的第二步、第三步、、、循環(huán)開(kāi)挖，直至全部巷道開(kāi)挖單元13從試件9中被拉出，進(jìn)而完成整個(gè)深部巷道的開(kāi)挖過(guò)程。
[0050](8)操作液壓源16的閥門，卸掉各垂向加載油缸5的壓力，取下模型前面的高強(qiáng)鋼化玻璃10，將試驗(yàn)后的試件9清理好。
[0051](9)收集整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析深部巷道圍巖的變形、破裂特征及演化規(guī)律，確定深部圍巖穩(wěn)定性的影響因素。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，其特征在于:它包括凹槽形的外框架和套于其內(nèi)的內(nèi)框架;所述外框架包括豎立的左承載板、右承載板以及與之底部固連的水平承載底板，左承載板頂部與右承載板頂部之間水平連接有若干根橫向的槽鋼頂梁;所述內(nèi)框架包括固連于承載底板上、豎立的左支擋板和右支擋板，左支擋板和右支擋板的前、后端連接有高強(qiáng)鋼化玻璃板，左支擋板和右支擋板的上部之間設(shè)有水平的加載板，加載板水平高度低于槽鋼頂梁的高度，在加載板與槽鋼頂梁之間均勻設(shè)有若干垂向加載油缸;所述內(nèi)框架空腔內(nèi)裝放有試驗(yàn)材料，試驗(yàn)材料中央預(yù)設(shè)有用于模擬巷道的、若干首尾連接的巷道開(kāi)挖單元；靠近高強(qiáng)鋼化玻璃板一側(cè)的巷道開(kāi)挖單元通過(guò)羊角抓鉤與軸向開(kāi)挖油缸連接;軸向開(kāi)挖油缸安裝于油缸固定鋼架上，油缸固定鋼架固定于外框架一端外，靠近軸向開(kāi)挖油缸的高強(qiáng)鋼化玻璃板上中央開(kāi)設(shè)有一個(gè)與巷道開(kāi)挖單元斷面尺寸相同的開(kāi)挖觀測(cè)窗；所述軸向開(kāi)挖油缸一端和垂向加載油缸的一端通過(guò)液壓管與液壓源相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述左承載板與左支擋板之間、右承載板與右支擋板之間均勻設(shè)有若干橫向鋼支撐。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述巷道開(kāi)挖單元為一個(gè)中空的筒狀構(gòu)件，其一端設(shè)有凸起的連接頭，另一端設(shè)有與連接頭嵌合的凹形連接槽，連接頭和連接槽嵌合后的上、下對(duì)應(yīng)處設(shè)有銷釘孔，銷釘孔中插入銷釘，使各巷道開(kāi)挖單元首尾連接;靠近連接頭一端的巷道開(kāi)挖單元內(nèi)壁上焊接有抓桿，作為與軸向開(kāi)挖油缸連接的羊角抓鉤的著力點(diǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述巷道開(kāi)挖單元的截面或者是圓形，或者是正方形，或者是矩形，或者是直墻半圓拱形。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述槽鋼頂梁與左承載板頂部和右承載板頂部通過(guò)螺栓連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述油缸固定鋼架包括上、下兩根水平橫梁和一根垂向直梁，其上部橫梁與槽鋼頂梁螺栓連接，其下部橫梁與承載底板焊接，其垂向直梁固定軸向開(kāi)挖油缸。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述高強(qiáng)鋼化玻璃板與左支擋板和右支擋板的前、后端螺栓連接。8.—種基于權(quán)利要求1所述用于模擬深部巷道開(kāi)挖的室內(nèi)試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于包括如下步驟: (1)根據(jù)試驗(yàn)方案配制相似模型試驗(yàn)材料，將模型試驗(yàn)材料均勻填入已固定好的內(nèi)框架中，逐層壓實(shí)； (2)待填筑試驗(yàn)材料至模擬巷道的預(yù)設(shè)高度時(shí)，將若干巷道開(kāi)挖單元首尾連接好置于填筑試驗(yàn)材料上，并在巷道開(kāi)挖單元表面涂上減摩材料，布設(shè)其它相關(guān)監(jiān)測(cè)元件，繼續(xù)填筑試驗(yàn)材料至設(shè)計(jì)尺寸線;其中，巷道開(kāi)挖單元連接方法為:將前一巷道開(kāi)挖單元的連接槽套入下一巷道開(kāi)挖單元的連接頭，并插入銷釘連接好； (3)待試件即填筑的試驗(yàn)材料養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，啟動(dòng)液壓源，向垂向加載油缸提供動(dòng)力，使加載板逐漸往下移動(dòng)直至接觸到試件表面； (4)按照試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的邊界高壓力數(shù)值及加載速率，調(diào)節(jié)液壓源的閥門，逐步進(jìn)行加載直至設(shè)計(jì)壓力； (5)穩(wěn)壓一段時(shí)間，使邊界壓力充分傳遞至試件內(nèi)部;控制軸向開(kāi)挖油缸，使活塞桿伸出，并將羊角抓鉤掛到靠近試件一側(cè)表面的巷道開(kāi)挖單元內(nèi)部的抓桿上； (6)控制軸向開(kāi)挖油缸，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的開(kāi)挖速度，使活塞桿慢慢回縮，直至第一段巷道開(kāi)挖單元完全被拉出，然后取下該巷道開(kāi)挖單元，從而實(shí)現(xiàn)了深部巷道的第一步自動(dòng)低擾全斷面開(kāi)挖； (7)按照步驟(5)、(6)的方法，繼續(xù)進(jìn)行深部巷道的第二步、第三步及之后的循環(huán)開(kāi)挖，直至全部巷道開(kāi)挖單元從試件中被拉出，進(jìn)而完成整個(gè)深部巷道的開(kāi)挖過(guò)程； (8)操作液壓源的閥門，卸掉各垂向加載油缸的壓力，取下試件前面的高強(qiáng)鋼化玻璃，將試驗(yàn)后的試件清理好； (9)收集整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析深部巷道圍巖的變形、破裂特征及演化規(guī)律，確定深部圍巖穩(wěn)定性的影響因素。
【文檔編號(hào)】G01M99/00GK105865820SQ201610259294
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】袁越, 朱永建, 李樹(shù)清, 李博文, 劉迅
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)