[实用新型]围岩变形与压力模拟试验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土工程试验领域，具体地说是一种围岩变形与压力模拟试验系统。

背景技术

随着我国经济社会的发展，地下矿井、隧道、地铁、水电硐室等修建越来越多，更多的 工程处于恶劣地质条件，随之面临的支护问题也越来越突出。在此背景下，越来越多的支护 形式被应用在现场，如工字钢拱架、U型钢拱架、钢管混凝土拱架、格栅钢架、混凝土碹体 支护等。上述支护结构的力学性能对于现场围岩的最终稳定和工程的安全具有显著影响。开 展力学试验时掌握支护结构力学性能的重要研究手段，可以明确支护结构力学特性、揭示其 失效机理、优化其设计参数，对工程安全意义重大。

然而，目前尚没有一种科学合理的试验系统能够真实准确的模拟巷道、隧道围岩的变形 与压力。现有试验系统一般采用常规液压油缸，在加载过程中因试验对象结构性原因，部分 加载油缸会在保持压力值的情况下被动回缩，这与现场实际情况明显不符，因为现场围岩的 变形是单向、不可逆的。另外，当前相似的试验系统一般将加载油缸安放在拱架外围，需要 体积庞大的外围反力结构，占据了大量实验室空间，且建造成本高，费工费力，不符合“高 精度、高效率、低成本”的原则；同时通过外围的油缸对拱架加压时，由于拱架产生形变， 油缸轴线与拱架轴线之间不一定能保持原有的垂直状态，不仅会对试验的精确度造成一定的 影响，还会对液压油缸造成一定的损害，缩短其使用寿命。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种围岩变形与压力模拟试验系统，该试验 系统能够准确模拟围岩的变形行为，并且减少占用空间，降低制造成本，提高试验精度，延 长试验系统的使用寿命。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案为：围岩变形与压力模拟试验系统，包括 承载试验对象和试验系统的底板，在底板上安装有位于试验对象内侧的单向加载装置，单向 加载装置一端铰接在底板上，单向加载装置另一端铰接有传力装置，单向加载装置通过传力 装置对试验对象施加由外围向中心的力。

为了防止试验对象加载时发生平面以外的变形，进一步的技术方案为：在底板上还设有 限位挡梁，限位挡梁沿试验对象均匀分布；限位挡梁由上下布置且相互平行的上档梁和下挡 梁构成，上档梁和下挡梁通过挡梁柱连接在一起，上档梁和下挡梁之间存在容纳试验对象的 缝隙。挡梁柱将上档梁和下挡梁固定在底板上一定高度处，上档梁和下挡梁均与试验对象的 边缘处形成接触。

进一步的技术方案为：在底板上固定设置有为试验对象提供反力的支座，所述支座呈“L” 形，支座位于试验对象的两端且与试验对象的端部接触。

进一步的技术方案为：所述单向加载装置远离试验对象的一端铰接在反力柱上，反力柱 为固定连接在底板上的圆柱状结构，反力柱的轴线与底板垂直。

为避免单向加载装置在重力作用下发生偏斜，使单向加载装置保持在设定好的平面内运 动，进一步的技术方案为：所述单向加载装置与底板之间设有支撑装置，支撑装置包括支撑 杆和滚轮，支撑杆的顶端与单向加载装置固定连接，支撑杆的底端安装滚轮，滚轮与底板接 触。支撑装置可以设置两个，分别设置在单向加载装置的中部和单向加载装置与传力装置相 连接的一端。

进一步的技术方案为：所述的传力装置沿试验对象均匀分布，传力装置为框架形结构， 传力装置套置在试验对象的横截面的外侧，传力装置与试验对象相接触的一侧设有传力分散 器，传力装置与传力分散器铰接连接。传力分散器能够将力均匀的作用在其与试验对象的接 触面上，准确模拟围岩受力情况。

所述的单向加载装置可采用止回油缸或者单向气缸等只能单向加载的装置，单向加载装 置与反力柱以及传力装置之间均为铰接，传力装置与传力分散器之间也为铰接，可保证单向 加载装置本身只受轴向力，不因试验对象的变形而承受侧向荷载，一方面使得施加的荷载均 为径向荷载，另一方面保护单向加载装置不被损坏。

进一步的技术方案为：所述传力分散器与试验对象相接触的表面上设有橡胶垫板。橡胶 垫板能够有效降低加载过程中对试验对象产生的应力集中程度，更真实模拟现场围岩作用的 真实状况。

本实用新型的有益效果是：