[发明专利]一种模拟采空区建筑物不均匀沉降的实验装置及使用方法

说明书

本发明为一种模拟采空区建筑物不均匀沉降的实验装置及使用方法，包括振动台、H型钢、施加装置、衔接装置、加密钢筋组件、限位组件、数据采集系统和振动系统，振动台上顶板上表面固定安装有H型钢。该发明装置通过利用振动台分析地震和开采沉陷变形对建筑物的耦合作用；调整煤矿采动作用施加装置的高度，通过实验室中四种不同工况的混凝土框架模型实现开采沉陷变形的模拟，再通过振动台输入地震波，对模型进行抗震‑抗开采沉陷变形性能分析，尤其涉及采动区建筑物抗震性能裂化分析模拟实验中的应用，并且解决了煤炭采动作用施加装置与混凝土柱子之间材料性质差异较大，无法进行焊接，不能重复使用煤矿采动作用施加装置的问题。

技术领域

本发明涉及采动区建筑物抗震性能裂化分析模拟技术领域，具体为一种模拟采空区建筑物不均匀沉降的实验装置及使用方法。

背景技术

随着矿区经济的发展，矿区地面建筑物在逐渐增多，建筑物下压煤开采已成为许多矿区面临的主要问题，严重制约着矿区的可持续发展，而且随着煤炭开采面积和开采强度的不断增加，矿区出现开采沉陷变形的面积也是随着不断地扩大，所涉及的环境污染问题也是不容小觑，如果涉及到“三下压煤”(建筑物下、道路与铁路下、水体下)问题，所造成的危害及破坏就更大，而且煤炭开采后所形成的煤矿采空区对于地面建筑也是一个极大的潜在威胁：煤矿开采引起的地表移动变形，不仅会严重降低和破坏建筑物的抗震性能，而且发生地震时地面极容易出现裂缝和塌陷。为了最大限度的保证地震发生时矿区地面建筑的抗震安全性，有必要对煤矿采空区及地面建筑的地震安全性开展研究；

采动区建筑物保护是一个涉及采矿工程、结构工程、防灾减灾工程等多学科的综合性、交叉性问题,采动区建筑物的变形损坏是由于采空区上的土层变形与建筑的基础变形不协调,从而产生附加应力而引起的建筑物倾斜、出现裂缝等一系列问题；通过对唐山、大同等矿区的调查表明：煤炭开采活动明显改变了煤矿采动区周围的地震波动场；煤矿采空区会加重地震的破坏，地震对矿区地下结构及地面建筑的破坏更为严重。目前的采矿地下结构的设计中没有考虑到地震载荷的作用，且我国尚未有地下结构的抗震设计规范；而对矿区建筑物的设计工作，没有较好的将建筑物的抗震性能设计与抗变形设计统一起来，所以多数振动台实验只是单独的研究模型在地震作用下的动力响应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟采空区建筑物不均匀沉降的实验装置及使用方法，本发明通过利用振动台分析地震和开采沉陷变形对建筑物的耦合作用；调整煤矿采动作用施加装置的高度，通过实验室中四种不同工况的混凝土框架模型实现开采沉陷变形的模拟，再通过振动台输入地震波，对模型进行抗震-抗开采沉陷变形性能分析，尤其涉及采动区建筑物抗震性能裂化分析模拟实验中的应用，并且解决了煤炭采动作用施加装置与混凝土柱子之间材料性质差异较大，无法进行焊接，不能重复使用煤矿采动作用施加装置的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种模拟采空区建筑物不均匀沉降的实验装置，包括振动台、H型钢、施加装置、衔接装置、加密钢筋组件、限位组件、数据采集系统和振动系统，振动台上顶板上表面固定安装有H型钢，H型钢上翼缘的上表面设有施加装置；

所述施加装置包括千斤顶、数字显示位移传感器和数控操作系统，千斤顶上表面通过衔接装置固定安装有加密钢筋组件，且数字显示位移传感器固定安装在靠近千斤顶输出端一侧的衔接装置上，所述数字显示位移传感器和数控操作系统之间电连接，且与外接电源电连接，所述加密钢筋组件上侧浇筑有立柱，立柱上设置有数据采集系统；

所述振动系统包括振动发生器和振动控制仪，且振动台上顶板、振动发生器和振动控制仪依次电连接，且与外接电源电连接；

所述数据采集系统包括数据采集传感器和动静态采集仪，且数据采集传感器固定安装在所述立柱外侧壁上，所述数据采集传感器和动静态采集仪电连接，且与外接电源电连接。