[发明专利]一种地下工程扰动相似模型试验台及试验方法

说明书

本发明公开了一种地下工程扰动相似模型试验台及试验方法，包括模型箱，所述模型箱包括内框架、中框架、外框架，内框架套设于中框架内，中框架套设于外框架内；所述内框架内顶部设置多个液压加载装置，内框架内底部设置多个水平向的第一直线滑轨，第一直线滑轨顶部与第一滑块滑动连接，第一滑块顶部设置试样箱，第一滑块和试样箱之间固设保护弹簧，内框架内底部和试样箱之间还设有缓冲保护层；所述试样箱的侧部和底部均设置消波层；所述中框架内侧部设置多个竖直向的第二直线滑轨，内框架外侧侧部设置第二滑块与第二直线滑轨滑动连接，中框架内底部设置第一作动器和多个支撑弹簧，第一作动器和支撑弹簧顶部均与内框架外侧底部连接。

技术领域

本公开属于地下工程试验领域，具体涉及一种地下工程扰动相似模型试验台及试验方法。

背景技术

动压巷(隧)道，即受采掘扰动压力影响的巷(隧)道。矿山开采或临近工程开挖对周边巷(隧)道扰动影响大，会加大巷(隧)道变形量或加速巷(隧)道变形破坏，这种扰动作用可以通过现场测试进行分析，但是测试成本高，误差大，无法控制单因素变量，不利于开展理论研究或总结规律。以相似理论为基础的物理模型试验能够反演实际工程，在模型中得到试验体的本构关系，反推到所模拟的工程原型中，从而获得工程原型的内在规律或开展理论研究，而且物理模型试验具有易操作、低成本、高仿真的特点，同时还可以进行一些实际工程中无法实现的纵向或横向研究，所以应当建立动压巷(隧)道室内相似模型试验研究。

采掘扰动一般沿两个方向(横向和纵向)传递至巷道围岩，类似地震体波中的p波和s波，当前的试验装置不能良好的模拟出巷(隧)道所受的采掘扰动影响，或者不能良好的考虑上覆岩层重力影响，即不能模拟埋深影响。专利CN201511021371.9提出的动压巷道支护物理模型试验装置仅能模拟纵向扰动，且底部单个作动器承载能力有限，无法支撑较大质量的模型，导致相似模型小，不能真实反演采掘扰动影响；此外，模型顶部直接设作动器将导致被模拟的上覆岩层荷载会形成周期变化，不能真实表达上覆岩层的天然稳定荷载，对埋深的模拟不理想。

发明内容

本发明目的是为克服上述现有技术存在的不足，提供一种地下工程扰动相似模型试验台。该试验台为自平衡结构，静态荷载和扰动荷载作用在模型箱内部相似体上，利用封闭框架结构降低荷载向外界传递，试验过程中与周围环境无交叉影响。

本公开的第一发明目的是提出一种地下工程扰动相似模型试验台，为实现上述目的，本公开采用下述技术方案：

一种地下工程扰动相似模型试验台，包括模型箱，所述模型箱包括内框架、中框架、外框架，内框架套设于中框架内，中框架套设于外框架内；

所述内框架内顶部设置多个液压加载装置，内框架内底部设置多个水平向的第一直线滑轨，第一直线滑轨顶部与第一滑块滑动连接，第一滑块顶部设置试样箱，第一滑块和试样箱之间固设保护弹簧，内框架内底部和试样箱之间还设有缓冲保护层；所述试样箱的侧部和底部均设置消波层；

所述中框架内侧部设置多个竖直向的第二直线滑轨，内框架外侧侧部设置第二滑块与第二直线滑轨滑动连接，中框架内底部设置第一作动器和多个支撑弹簧，第一作动器和支撑弹簧顶部均与内框架外侧底部连接；

所述外框架内顶部设置多个水平向的第三直线滑轨，中框架外侧顶部设置第三滑块与第三直线滑轨滑动连接，外框架内底部设置多个水平向的第四直线滑轨，中框架外侧底部设置第四滑块与第四直线滑轨滑动连接，所述外框架内侧部设置第二作动器，第二作动器与中框架外侧侧部连接。

本公开的试验台的工作原理是：

模型箱由三层框架组成，液压加载装置对试验箱内模型材料直接施压，可模拟巷道所受超前支承压力的作用；第一作动器产生振动对内框架加载使其沿第二直线滑轨上下移动，第二作动器产生振动对中框架加载使其沿第三直线滑轨、第四直线滑轨左右移动，可模拟距离巷道较远的采空区顶板周期性垮落产生的地震波对巷道稳定性的影响。