[发明专利]三维相似模型试验台架及其试验方法

说明书

本发明公开了一种三维相似模型试验台架，包括滚动式多向加载台架和限位滚动器，滚动式多向加载台架包括桶形框架、正面挡板、背面挡板、左侧挡板、右侧挡板、左侧加载单元、右侧加载单元和顶部加载单元；桶形框架包括中空的外表面为圆筒形的壳体，壳体的顶面、正面和背面镂空，桶形框架还包括底面平板，底面平板安装在壳体内的底部，正面挡板安装在壳体的正面，背面挡板安装在壳体的背面，左侧挡板安装在壳体内的左侧，右侧挡板安装在壳体内的右侧，左侧加载单元安装在壳体与左侧挡板之间，右侧加载单元安装在壳体与右侧挡板之间，顶部加载单元用于加载在模型的顶部；限位滚动器用于推动滚动式多向加载台架来回滚动设定角度，并保持在相应的位置上。

技术领域

本发明涉及相似模拟试验领域，尤其涉及一种三维相似模型试验台架及其试验方法。

背景技术

相似模拟试验是20世纪30年代由前苏联库兹涅佐夫提出的。并在全苏矿山测量和煤炭研究院等应用。在德国、波兰、日本、澳大利亚、美国等也得到广泛应用。发展至今已成为国外矿业界的一种重要的研究手段。我国1958年率先在中国矿业大学的矿压实验室建立相似模拟试验架,并逐步扩大到煤炭科学研究院、各煤炭高校以及冶金、建筑、水利、工程地质等部门。20世纪五、六十年代相似材料物理模拟技术在国内的应用,主要以利用平面应力相似模拟试验为主,通过平面应力模拟试验架重点从宏观及定性的角度来研究开采过程上覆岩层的活动规律,开采过程同岩层移动之间的相互关系等问题。

对于实际处于三维应力状态的研究对象，采用立体模拟试验较为理想。进入70年代中后期及80年代以后,国内、外相继出现了平面应变相似模拟试验架、立体模拟试验架和平板模拟试验架等多种形式的相似模拟试验装置,俄罗斯、德国、波兰等国均建有立体模型。国内的中国矿业大学、山东科技大学,重庆大学,等单位也都建有平面应变模拟及简易的立体模拟试验装置。

相似模拟实验作为一种研究手段，不仅可以严格控制实验对象的主要参数而不受外界条件和自然条件的限制，做到结果准确；而且，相似模拟实验有利于在复杂的实验过程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象的内在联系；其由于模型与原型相比，尺寸一般都是按比例缩小的。故制造加工方便，节省资金、人力和时间；此外，相似模拟实验还能预测尚未建造出来的实物对象或根本不能直接研究的实物对象的性能；当其它各种分析方法不可能采用时，相似模拟实验就成了现象相似性问题唯一的和更为重要的研究手段。目前相似理论和模型实验方法已用于矿业工程领域，并有着广泛的应用前景。

现有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)模型台架的密封性不好，不适合做固液耦合的相似模型试验；

2)加载方向单一，难以实现三向加载。现有加载方式多是在模型顶部施加荷载，而没有施加侧向荷载；

3)现有的相似模拟实验台大多是针对水平煤层或近水平煤层。对于倾斜煤层的物理相似模拟实验一般是采用行车将实验台一头吊起来模拟煤层的倾角。这些方法存在一些不足之处，一是悬吊一头实验台需要足够的空间，而且带有一定的危险隐患；二是对于不同倾角煤层的物理相似模拟实验，需要耗费更多的人力以及时间；

4)模型台架的四周挡板不易拆卸，给铺设材料和清除材料的过程带来很多不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种密封性好、三向加载、安全、节省人力、易于拆卸的三维相似模型试验台架及其试验方法。

本发明提供一种三维相似模型试验台架，包括滚动式多向加载台架和限位滚动器，

所述滚动式多向加载台架包括桶形框架、正面挡板、背面挡板、左侧挡板、右侧挡板、左侧加载单元、右侧加载单元和顶部加载单元；