[发明专利]三向加载大型三维相似模拟试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟试验系统，特别是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

相似材料模拟试验是以相似理论、因次分析作为依据的实验室研究方法，广泛应用于水利、采矿、地质、铁路等部门。模拟试验的最大特点是可以人为地控制和改变试验条件，从而确定单因素或多因素对矿山压力影响的规律，试验效果清楚直观，而且试验周期短、见效快，在采矿科学的研究中发挥了巨大的作用。即使在岩石力学的数值模拟计算科学迅速发展的今天，相似材料模拟试验仍是采矿科学研究中不可替代的研究手段，它和日益成熟的数值计算模拟相辅相成，为人类认识和客服采矿科学中的难题发挥着重要的作用。 

在矿体没有开采之前，岩体处于平衡状态。当矿体开采后，形成了地下空间，破坏了岩体的原始应力场，引起岩体应力重新分布，并一直延续到岩体内形成新的平衡为止。在应力重新分布过程中，使围岩产生变形、移动、破坏，从而对工作面、巷道及围岩产生压力。在矿山压力的作用下会产生的一系列力学现象——矿压显现，如顶板下沉、底板鼓起、煤壁片帮、支架变形、岩层移动、煤的压出等。开采后的上覆岩层可分为冒落带、断裂带和弯曲下沉带。 

现有技术中的三维相似模拟试验系统，虽在一定程度上加深了地下开挖工 程研究的进展，但存在以下不足：1）模型尺寸较小，做模拟试验时的几何比将会很小，在实践中发现做模型试验几何比过小将不能很好的反应开挖带来的影响；2）模型尺寸都是固定的不能调整，这会导致有时几何比太小，有时会导致空间太大浪费材料；3）加力方向单一，难以实现三向加载；4）岩体变形监测大都采用应变片，岩体变形数据采集不够精确；5）矿层开挖必须将试件箱打开后人工手动开挖，这将引起卸荷效应，与实际工况不符；6）装置上架过程基本上靠手工搬运，不方便操作；7）所应用的应力加载系统多为手动，因此，应力加载过程不能保持匀速，且其精度不能保证，此外，诸如循环荷载等加载形式不能实现。 

因此本领域技术人员致力于开发一种模型尺寸可变、操作简单并且试验准确可靠的三向加载大型三维相似模拟试验系统，以及一种试验制样方法，一种三维相似模拟试验载荷模拟方法，以及一种三向加载大型三维相似模拟试验开采层模拟方法。 

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种模型尺寸可变、操作简单并且试验准确可靠的三向加载大型三维相似模拟试验系统，以及一种试验制样方法，一种三维相似模拟试验载荷模拟方法，以及一种三向加载大型三维相似模拟试验开采层模拟方法。 

为实现上述第一层面的发明目的，本发明提供了一种三向加载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 座在所述左螺孔带处通过螺栓固定连接有左侧板，在所述前螺孔带处通过螺栓固定连接有前侧板； 

所述右螺孔带与所述左螺孔带之间设置有至少一个第一中间螺孔带；所述后螺孔带与所述前螺孔带之间设置有与所述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和第二中间螺孔带与所述左螺孔带和右螺孔带构成正方形；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所述后螺孔带或任一所述第二中间螺孔带上通过螺栓固定连接有后侧板；所述后侧板上设置有传感器接线孔；所述后侧板的外侧间隔固定有第一垫板； 

所述左侧板的内侧通过螺栓固定连接有左压座；所述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所述左压套相对应的左压杆；所述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；所述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所述前压套相对应的前压杆；所述前压杆穿出所述前压套； 

所述左压座与所述前压座间隔设置； 

所述反力系统包括位于地面下的混凝土反力池；所述反力池的底部设置有与所述反力池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；所述第二反力座与所述反力池的池底固定，并同时与所述第一反力座通过螺栓固定连接； 

所述反力池在所述试件箱的左侧设置有与所述第一反力座固定连接，并且 紧靠混凝土墙面的侧承力架；所述侧承力架上固定有数量和位置与所述左压杆相对应的左液压缸；所述反力池在所述试件箱的右侧设置有与所述第二反力座螺栓连接的反力架；所述反力架可与所述试件箱通过螺栓固定连接；