[发明专利]一种可加载相似模拟试验装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于相似模拟试验装置。具体涉及一种可加载相似模拟试验装置及其使用方法。

背景技术

随着社会生产的不断发展，地下岩土工程所提出的问题日益复杂和繁琐。无论是矿产资源开发还是地下交通建设，单纯用数学方法很难得到精确的解析解，人们不得不通过实验的方法以探求靠理论知识无法研究的复杂现象的规律性。同时，由于地下岩土工程庞大，一般具有不可复制性，因此相似模拟试验是很有效的研究手段。目前，广泛采用的是简单平面二维相似模拟试验装置，该类装置虽结构简单、成本低、观测直观和操作方便，但不能实现竖直和水平两个方向的可控加压，不能模拟实际地下岩体工程中存在的竖直和水平方向的应力，因此相似模拟的效果较差。目前虽然出现了部分可加压相似模拟试验装置，但结构复杂、成本较高，操作较为不便。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种结构简单、成本低、操作性强、能实现竖直和水平方向的可控加载相似模拟试验装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述的可加载相似模拟试验装置由框架和加载装置组成。

框架的结构是：上横梁、下横梁、左立柱和右立柱连接成矩形框架，矩形框架均为H型钢。左立柱和右立柱的内侧翼板对称地固定有两条角钢，两条角钢的一条边对称地固定在各自内侧翼板的腹板两侧，两条角钢的另一条边对称地加工有螺栓孔，所述的另一条边与各自对应的内侧翼板的边缘平齐，两条角钢的下端位于下横梁的上平面，两条角钢的上端与第一液压千斤顶在初始位置时的伸出端为同一水平面。前侧挡板和后侧挡板通过螺栓与所述矩形框架两侧的角钢对应连接。

加载装置由竖直加载部分和水平加载部分组成，竖直加载部分是：两个第一液压千斤顶竖直地固定在上横梁的下平面，两个第一液压千斤顶的伸出端固定有上加压板，上加压板的左端装有第一滚轮，第一滚轮与左立柱的内侧面相接触，两个第一液压千斤顶的伸出端对称地位于上加压板的两个四等分点处。水平加载部分是：两个第二液压千斤顶水平地固定在右立柱的内侧面，两个第二液压千斤顶的伸出端固定有右加压板，右加压板的下端装有第二滚轮，第二滚轮与下横梁的上平面相接触，第二液压千斤顶的伸出端对称地位于右加压板的两个四等分点处。

上加压板的长度为第二液压千斤顶在最大行程时右加压板与左立柱的内侧面间的距离，右加压板的长度为第一液压千斤顶在最大行程时上加压板与下横梁的上平面间的距离。上加压板和右加压板的宽度相等，所述宽度小于矩形框架的前侧挡板和后侧挡板内侧面间的距离，两者差为5~8mm。上加压板、右加压板、下横梁、左立柱、前侧挡板和后侧挡板围成相似模型浇筑区域。

所述前侧挡板和后侧挡板为槽钢。

本发明的使用方法是：

步骤一、第一液压千斤顶和第二液压千斤顶位于初始位置时，先安装全部后侧挡板和3~5根前侧挡板，构成第一阶段的相似模型浇筑区域，向第一阶段的相似模型浇筑区域浇筑混凝土；再安装3~5根前侧挡板，构成第二阶段的相似模型浇筑区域，向第二阶段的相似模型浇筑区域浇筑混凝土；……；直至安装的前侧挡板与后侧挡板平齐，构成整个的相似模型浇筑区域，向整个的相似模型浇筑区域浇筑混凝土。

在浇筑混凝土的过程中预埋应力盒。养护。

步骤二、养护后，开启第一液压千斤顶和第二液压千斤顶，对相似模型加载。在载荷不变的条件下，再开挖相似模型，在开挖区域周围粘贴压电薄膜传感器。然后通过压电薄膜传感器和预埋的应力盒采集的相似模型在试验过程中的受力数据，分析相似模型的受力情况。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明的框架由H型钢、槽钢和角钢组成，加载装置仅由两对液压千斤顶和对应的加压板组成，结构简单，制造成本低。同时，相似模型浇筑区域较小，相似模型的制造成本较低。

本发明在深部岩土工程相似模拟时，通过相似模型竖直加载方式能有效模拟自重地应力，避免为实现自重地应力的模拟而构建大尺寸的相似模型。因此，本发明的相似模型浇筑区域较小，浇筑过程更加简单可控。相似模型浇筑区域上方的上加压板和右侧的右加压板可实现一定行程的移动。因此，本发明的操作性强。

本发明的竖直加载部分的第一液压千斤顶和水平加载部分的第二液压千斤顶各有一套液压控制回路，可分别执行，实现了竖直和水平两个方向的可控加载，能对实际岩土工程中竖直地应力和水平地应力进行有效模拟。

因此，本发明具有结构简单、成本低、操作性强、能实现竖直和水平方向可控加载的特点，适用于地下岩土工程的相似模拟试验研究。

附图说明