[发明专利]一种岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置

说明书

本发明公开了一种岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，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)，在所述煤层(2)的上方设置有3个包括裂隙的裂隙带，在所述模拟架(1)内部的底部设置有渗透水箱(901)，所述渗透水箱(901)通过水管与所述模拟架(1)外部的水箱相连，在所述水管上设置有控压阀(902)，在所述渗透水箱(901)的顶板上设置有多个渗水孔(903)。本发明的所述具有精确预制裂隙功能的相似教学装置具有实验精度高，成本低，性能稳定可靠和高度还原实际生产中的生成裂隙的优点。

技术领域

本发明涉及岩土工程及教育领域，特别是涉及一种岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置。

背景技术

近年来研究表明,覆岩采动裂隙分布形态随工作面推进而变化。钱鸣高院士等人提出覆岩采动裂隙呈两阶段发展规律并形成“O”形圈分布特征,李树刚的论文《综放开采围岩活动及瓦斯运移》认为覆岩采动裂隙在空间上的分布是一个“椭抛带”形态,袁亮院士等人的论文《开采煤层顶板环形裂隙圈内走向长钻孔抽放瓦斯研究》认为“顶板环形裂隙圈”的特征,杨科等人的论文《采动裂隙分布及其演化特征的采厚效应》认为覆岩采动裂隙有4个阶段演化特征。林海飞的论文《覆岩采动裂隙演化形态的相似材料模拟实验》运用物理相似模拟实验,进一步分析覆岩采动裂隙产生发展的时空规律及其动态变化形态,提出了采动裂隙演化工程简化模型,证明了相似模拟实验用于裂隙发育演变的研究是可行的。

目前，对于三维相似模拟内部裂隙的预制和发育研究相对较少，对于裂隙的预制过程和方法还没有相关的研究，特别对于含水层下部采煤，裂隙的预制和演变都是需要研究的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便的岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置。

一种岩土工程中具有精确预制裂隙功能的相似教学装置，包括模拟架和设置在其中的煤层和其他多个岩层，在所述煤层上方设置有含水层，在所述含水层中设置有含水层模拟系统，所述含水层模拟系统包括矩形的水袋，所述水袋的顶板和底板为高强度的塑胶板，四周为高强度的塑胶片，所述水袋的左右两侧分别连接有第一智能控压水箱和第二智能控压水箱，在所述水袋的底板上设置有多个喷水孔；

在所述煤层的上方设置有3个包括裂隙的裂隙带，从下至上依次为第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，长和宽依次为4000×1300mm、3000×900mm和2000×600mm；

在所述模拟架内部的底部设置有渗透水箱，所述渗透水箱通过水管与所述模拟架外部的水箱相连，在所述水管上设置有控压阀，在所述渗透水箱的顶板上设置有多个渗水孔，在所述渗透水箱的内部设置有复合土工排水体。

本发明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，其中，所述喷水孔从前到后共7排，每排的中部均设置在所述水袋的长度方向的中线上，第1排和第7排的所述喷水孔的个数为30，第2排和第6排的所述喷水孔的个数为20，第3排～第5排的所述喷水孔的个数为10，所述喷水孔的直径为2mm；

所述水袋的长宽高分别为5000mm、1500mm和16mm，所述塑胶板的厚度为3mm，所述水袋的内部空腔的高度为10mm，所述第一智能控压水箱进水，压力区间为0-4.5MPa，所述第二智能控压水箱出水，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的位置，设置在所述含水层的中部，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的压力比所述第二智能控压水箱大1.5MPa，2小时内逐步下降到0.5MPa的压差。