[发明专利]三向加载与定点动荷载相结合的大型三维相似模拟试验系统

说明书

本发明公开了一种三向加载与定点动荷载结合的大型三维相似模拟试验系统，包括试件箱和反力系统，试件箱包括底座、左螺孔带、右螺孔带、前螺孔带、后螺孔带、左侧板、前侧板、第一中间螺孔带、第二中间螺孔带、右侧板、后侧板；所述反力系统包括反力池、左静荷载加载液压缸、前静荷载加载液压缸、上静荷载加载液压缸；每列左静荷载加载液压缸的正下方设置有一个左动荷载加载液压缸，左动荷载加载液压缸固定在侧承力架上；每列前静荷载加载液压缸的正下方设置有一个前动荷载加载液压缸，前动荷载加载液压缸固定在前立柱上。基于现有的三向加载大型三维相似模拟试验系统进行改进，改造成本低，动荷载加载液压缸设置位置巧妙，模拟试验效果更理想。

技术领域

本发明涉及一种三维相似模拟试验系统，具体涉及一种用于研究矿体岩体应力分布的相似模拟试验系统。

背景技术

我国是世界上一次能源以煤炭为主的主要国家之一，且煤炭作为主要能源，在一次能源生产和消费结构中占70％左右。近几年来，得益于我国能源结构调整，致使煤炭在一次能源结构中的比例稍有下降趋势，但是总体产量依旧保持在高位。煤炭供应主要以井工开采煤炭为主，以此相伴的矿山地质灾害一直是制约煤矿安全生产的难题。因此研究动荷载作用下井下煤层开采过程中的力学与变形特性，对保障我国能源安全和煤炭企业安全生产具有重要意义。

为研究地下空间开挖活动(如地下采矿、隧道开挖、地下人防工程等)中岩层压力分布、围岩变形、上覆岩层压力分布及岩层移动和破断规律等，通常采用相似模拟试验的方法进行室内试验研究。由于地下空间工程所处环境特殊，开挖过程不仅受到人为扰动应力的影响，同时还受到构造应力和地震波等其他因素的扰动作用。国家知识产权局公开的发明专利“201210376520.3三向加载大型三维相似模拟试验系统”，能够在三向不等压的情况下模拟井下开采过程中不同高度顶板岩层的活动规律及复杂应力分布情况，研究三向加载下地下矿山工程上覆围岩变形及破断规律，实现地下矿山在三向加载作用下岩层位移和破断的可视化，在大尺度空间工程开挖模拟试验研究中，该发明已取得一定的突破性进展。但是模拟试验过程中发现，该系统无法实现对地层在冲击荷载作用下变形和破断规律的试验研究，即无法将动荷载与静荷载相结合，存在一定的局限性，因此一种能实现静荷载与动荷载共同加载的模型试验系统成为了急需解决的关键性技术问题之一。

发明内容

本发明基于现有的三向加载大型三维相似模拟试验系统进行改进，使其能满足静荷载与动荷载的同时加载，为更真实地模拟静荷载与动荷载作用下地下矿山工程上覆围岩变形及破断规律，实现地下矿山在静荷载与动荷载相结合作用下的岩层位移和破断的可视化。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种三向加载与定点动荷载结合的大型三维相似模拟试验系统，包括试件箱和反力系统，所述试件箱包括底座，所述底座的边缘设置有构成正方形的左螺孔带、右螺孔带、前螺孔带和后螺孔带；所述底座在左螺孔带处通过螺栓固定连接有左侧板，在前螺孔带处通过螺栓固定连接有前侧板；所述右螺孔带与左螺孔带之间设置有至少一个第一中间螺孔带；所述后螺孔带与前螺孔带之间设置有与第一中间螺孔带数量对应、垂直相接的第二中间螺孔带；相接的第一中间螺孔带、第二中间螺孔带、左螺孔带和前螺孔带构成正方形；所述右螺孔带或任一所述第一中间螺孔带上通过螺栓固定连接有右侧板；与所述右侧板相接的后螺孔带或任一第二中间螺孔带上通过螺栓固定连接有后侧板；

所述左侧板的内侧通过螺栓固定连接有左压座，左侧板上按均分区域设置有左压套；所述左压座上固定有数量和位置与左压套相对应的左压杆，左压杆穿出所述左压套；

所述前侧板的内侧通过螺栓固定连接有前压座，前侧板上按均分区域设置有前压套；所述前压座上固定有数量和位置与前压套相对应的前压杆，前压杆穿出所述前压套；

所述左压座与前压座间隔设置；

所述反力系统包括位于地面下的混凝土反力池，所述反力池的底部固定连接的第一反力座，所述第一反力座的右侧设置有第二反力座，第二反力座与所述反力池的底部固定，并同时与所述第一反力座通过螺栓固定连接；