[发明专利]一种岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置

权利要求书

1.一种岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置，其特征在于：包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层，在所述煤层(2)上方设置有含水层(3)，在所述含水层(3)中设置有含水层模拟系统(4)，所述含水层模拟系统(4)包括矩形的水袋(401)，所述水袋(401)的顶板和底板为高强度的塑胶板，四周为高强度的塑胶片，所述水袋(401)的左右两侧分别连接有第一智能控压水箱(402)和第二智能控压水箱(403)，在所述水袋(401)的底板上设置有多个喷水孔(404)；

在所述模拟架(1)上设置有覆岩塌陷监测系统，所述覆岩塌陷监测系统包括直尺(502)和设置在所述模拟架上的水平激光仪(501)，所述水平激光仪(501)设置在所述模拟架(1)的左侧，高度与最终铺设骨料的顶端高度相等。

2.根据权利要求1所述的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，其特征在于：所述喷水孔(404)从前到后共7排，每排的中部均设置在所述水袋(401)的长度方向的中线上，第1排和第7排的所述喷水孔(404)的个数为30，第2排和第6排的所述喷水孔(404)的个数为20，第3排～第5排的所述喷水孔(404)的个数为10，所述喷水孔(404)的直径为2mm；

所述水袋(401)的长宽高分别为5000mm、1500mm和16mm，所述塑胶板的厚度为3mm，所述水袋(401)的内部空腔的高度为10mm，所述第一智能控压水箱(402)进水，压力区间为0-4.5MPa，所述第二智能控压水箱(403)出水，压力区间为0-3.5MPa，压力最大控制精度为0.1MPa；

在模拟开始时，所述水袋(401)的内部装满石蜡并冷藏，固定成型，然后作为一层岩层铺设到预设的所述含水层(3)的位置，设置在所述含水层(3)的中部，四周用骨料铺设；

刚开始进水时，使用温度为45℃～60℃的水，慢慢融化石蜡并排除，所述第一智能控压水箱(402)的压力比所述第二智能控压水箱(403)大1.5MPa，2小时内逐步下降到0.5MPa的压差。

3.根据权利要求2所述的岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置，其特征在于：还包括智能骨料装载压实系统，所述智能骨料装载压实系统包括支撑杆(21)、U型骨料喷射装置(22)和压实滚轮(23)；

所述支撑杆(21)水平设置在所述模拟架(1)的上部，所述U型骨料喷射装置(22)包括骨料仓和搅拌轴(24)，所述骨料仓由呈U字型设置的第一挡板(25)和第二挡板(26) 构成，所述第一挡板(25)的长度大于所述第二挡板(26)的长度，所述第一挡板(25)和第二挡板(26)之间通过前侧板和后侧板连接，形成用于容纳骨料的仓体，在所述骨料仓的底部设置有缺口(27)，在所述前侧板和所述后侧板之间固定有所述搅拌轴(24)，在所述搅拌轴(24)上均匀设置有多个凹槽，所述搅拌轴(24)设置为分别与所述第一挡板(25)和所述第二挡板(26)内切，所述第一挡板(25)的顶端与所述支撑杆(21)活动连接；

所述支撑杆(21)为前后两根；在所述前侧板的外侧设置有电机，所述电机与智能控速系统连接，所述电机的转动轴与所述搅拌轴(24)的转动轴之间通过皮带连接，所述电机的转动轴的直径为30mm，所述搅拌轴(24)的转动轴的直径为150mm；所述压实滚轮(23)的尺寸为外径0.3m，内径0.29m，长度2595mm，铁质，重量：380kg。

4.根据权利要求3所述的岩土工程和教学中快速预制裂隙的实验装置，其特征在于：岩层的铺设过程采用所述智能骨料装载压实系统，首先采用搅拌机对骨料进行搅拌，搅拌均匀后按照需要量缓慢倒入U型骨料仓，U型骨料仓通过均匀分配，浇筑每层的骨料；所述智能骨料装载压实系统在使用时，压实滚轮(23)在中间靠右的部分，U型骨料喷射装置(22)以一定的喷射速率和一定的运移速度向右喷射骨料，达到中间位置时，停止喷射骨料和运移，将所述压实滚轮(23)缓慢近乎匀速的移动到左边，然后所述U型骨料喷射装置(22)重新开始喷射骨料和运移，完成骨料铺设后，继续将所述压实滚轮(23)缓慢近乎匀速的从左边移到右边，然后所述U型骨料喷射装置(22)又缓慢匀速地从右边移到左边，开始下一层铺设。