[实用新型]一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台

说明书

一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，包括主框架、四个压板及四组千斤顶；四组千斤顶内均包含有若干等距排列的千斤顶，若干千斤顶采用统一或分别控制方式；相似模型中心开设有用于模拟巷道的预制孔洞，预制孔洞通过模具进行成型。实验方法为：搭建实验台并完成相似模型制备；对相似模型施加竖向载荷用于模拟巷道最大或最小主应力，对相似模型施加水平载荷用于模拟巷道最小或最大主应力；调整最大主应力与最小主应力的比值，观察预制孔洞周围破坏区形状；通过改变最大或最小主应力方向，可使预制孔洞周围破坏区形状发生转动。在制备相似模型前，先行制备一个小尺寸试样，获取其单轴抗压强度，进行相似模拟实验时作为参考安全限值。

技术领域

本实用新型属于物理相似模拟实验技术领域，特别是涉及一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台。

背景技术

巷道对于煤矿来说起着至关重要的作用，研究巷道围岩破坏区的破坏形状以及对巷道采取合理的支护措施具有重要的意义。通过物理相似模拟实验进行研究，可模拟现场巷道的围岩性质、初始地应力状态及边界条件，通过模拟现场应力环境以及施加应力使巷道围岩变形，可观察巷道围岩破坏区的破环形状。

对于巷道围岩的破坏形态问题，其在力学本质上则是巷道围岩的弹塑性问题，通常会采用弹塑性力学中圆孔的平面应变模型来解决圆形巷道围岩应力分布和弹塑性形态，且巷道应力场中存在最大主应力、最小主应力，并定义η为巷道所受最大主应力与最小主应力比值。

通过查阅现有文献可知，在不同应力条件下，圆形巷道围岩破坏区具有三种基本形态，即圆形、椭圆形和蝶形。当η＝1时，破坏区为圆形形态；当η由1增大时，围压方向上的围岩破坏区出现扩展，巷道围岩破坏区由圆形形态逐渐演化为椭圆形形态；随着η的进一步增大，并且达到一定值以后，破坏区则会呈现出蝶形形状，此后即使η继续增大，破坏区的形状也不再变化，只是蝶形的尺寸会继续增大。

物理相似模拟实验已经广泛应用于一些行业的工程实践中，而用于物理相似模拟实验的设备主要为三维地质力学试验台，通过三维地质力学试验台可以满足巷道围岩破坏研究。但是，三维地质力学试验台仍存在一些不足，由于试验台的尺寸较大，导致实验时操作比较困难，而且试验台无法轻易移动，导致试验台的灵活性极差，并且相似模型的尺寸也较大，导致相似材料的使用量较多，同时三维地质力学试验台需要较长的搭建时间，而且相似模型在试验台内的固化时间也较长，导致实验周期较长。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，具有尺寸小、实验时操作简单、便于移动、搭建时间短、相似模型尺寸小、相似模型固化时间短、实验周期短的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种巷道蝶形破坏区相似模拟实验台，包括主框架、顶部压板、底部压板、左侧压板、右侧压板、顶部千斤顶组、底部千斤顶组、左侧千斤顶组及右侧千斤顶组；所述主框架采用口字型结构，在主框架的前侧和后侧均设置有有机玻璃挡板，相似模型位于主框架内部；所述顶部千斤顶组竖直设置在主框架的顶梁上，所述顶部压板固连在顶部千斤顶组的活塞杆端部，顶部压板与相似模型的上表面顶靠接触；所述底部千斤顶组竖直设置在主框架的底梁上，所述底部压板固连在底部千斤顶组的活塞杆端部，底部压板与相似模型的下表面顶靠接触；所述左侧千斤顶组水平设置在主框架的左侧竖梁上，所述左侧压板固连在左侧千斤顶组的活塞杆端部，左侧压板与相似模型的左侧表面顶靠接触；所述右侧千斤顶组水平设置在主框架的右侧竖梁上，所述右侧压板固连在右侧千斤顶组的活塞杆端部，右侧压板与相似模型的右侧表面顶靠接触；所述主框架通过若干支脚固定设置在地面上。

所述顶部千斤顶组、底部千斤顶组、左侧千斤顶组及右侧千斤顶组内均包含有若干个型号相同的千斤顶，且若干千斤顶等距排列。

在所述相似模型的中心开设有预制孔洞，所述预制孔洞用于模拟巷道。

所述预制孔洞的半径设为R，所述相似模型为正方形结构，相似模型的边长设为L，需要满足以下条件：5R≤(L/2-R)。