[发明专利]深部矿井建设工程三维模型试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种深部矿井建设工程三维模型的试验系统，可用于矿山建设方面的理论、试验研究和实践教学。

背景技术

大型岩土工程领域科学研究的主要方法包括：理论推导、实验室模型试验、现场试验和计算机仿真模拟。这其中，实验室模型试验有着其他几种研究方法不可替代的优越性。

自上世纪初开始，西方一些国家开始用模型试验的方法来研究结构问题，并由此建立了相似理论。随着相似模型理论的发展，西方多个国家开始将相似模型理论应用到地下工程领域，设计了多个地下工程模型实验装置。国内从70年代开始，中科院武汉分院、中国矿业大学、西南交通大学、清华大学、总参三所等多个科研院校也设计了自己的模型试验系统，开始这方面的研究。

要进行实验室模型试验研究，就需要有模型试验系统，目前有关地下工程领域模型试验系统的研究现状如下：

解放军工程兵三所地质力学模型试验装置的最大模型尺寸为160cm×140cm×40cm，最大加载能力垂直和水平方向均为2.5MPa。可进行洞室、洞群、边坡和基坑等4类典型工程的地质力学模型试验，可按平面应力与准平面应变两种条件进行模型试验；模型边界可加均布荷载，也可加阶梯形荷载；但该装置是平面模型试验系统，不能进行三维试验。

中国矿业大学(北京)的城市地下工程相似模拟试验系统，可以模拟地铁隧道、基础工程、边坡稳定和非开挖等各种城市地下工程，并可实现地下水对地下工程影响的模拟；但该试验系统主要应用于浅层地下工程，不能进行深部地质力学模型试验。

中国矿业大学(徐州)的真三轴巷道平面模型试验台，模型尺寸为1m×1m×0.2m，加载方式为液压枕加载，属于准平面模型，主要用于巷道模型加载，但其模型尺寸较小且试验台允许变形较小，不能进行高地应力模型试验。

山东大学的高地应力准三维可视化模型试验台架装置及组合式三维地质力学模型试验台，试验系统装置尺寸均比较大，可进行多种地质条件下的模型试验，但试验装置不够灵活，可扩展功能较少。

另外一些三维模型试验系统也存在不同的问题，诸如不能进行水固耦合试验、不能模拟爆破工程、不能同时进行采场模型试验和巷道模型试验等。

发明内容

鉴于上述现有模型试验系统存在的不足，本发明旨在于提供一种深部矿井建设工程三维模型试验系统，除能进行一般模型试验外，还可对高地应力、地下爆破工程、富水工程、热岩工程、冲击地压、放射性物质储备工程等进行模型试验。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

深部矿井建设工程三维模型试验系统，包括液压加载系统、操控系统、数据监测系统和反力框架装置，液压加载系统包括对应连通的伺服油源组和伺服做动器组，以及用于支撑伺服做动器组的做动器支撑架；反力框架装置中主架体为‘回’字形结构，‘回’字形主架体的前端设有门式反力架，后端设有后加载架；门式反力架轴连接在‘回’字形主架体的侧面，门式反力架的内侧面为平板状；后加载架的工作端活动插接在‘回’字形主架体的后端开口上，后加载架的工作端面与门式反力架相对应；伺服做动器组通过做动器支撑架分别固定在‘回’字形主架体和后加载架工作端的内侧端面上，伺服做动器均匀排列；数据监测系统安装在反力框架装置内的试验样品上；操控系统分别与液压加载系统和数据监测系统信号连接。

所述反力框架装置还包括驱动装置和轮式支架，后加载架与‘回’字形主架体相对独立，轮式支架分别连接在主架体和后加载架底部，驱动装置设置在后加载架上，并与后加载架底部轮式支架的支撑轮相连接。

所述后加载架包括支撑架和拉杆组件，驱动装置和连接在后加载架底部的轮式支架分别连接在支撑架上，支撑架的工作端插接在‘回’字形主架体的后端开口上；拉杆组件由带有螺纹的拉杆和套在拉杆内侧起调节、限位作用的套筒组组成，支撑架顶部通过拉杆和套筒组与‘回’字形主架体连接固定。

所述门式反力架上还设有制模挡板，制模挡板位于门式反力架内侧面与试验样品之间。

所述门式反力架上还设有模拟巷道开挖口，开挖口上设有可拆装的堵板。

本发明所述的深部矿井建设工程三维模型试验系统，其有益效果为：

(1)系统为可变动结构。既可以实现平面模型试验，又可以进行三维模型试验，达到一机多用的目的。