[发明专利]煤矿地下水库坝体嵌套式多耦合模型试验系统及试验方法

权利要求书

1.煤矿地下水库坝体嵌套式多耦合模型试验系统，其特征在于包括模型试验架和水库压力模拟装置，模型试验架为包括外框架和内框架的嵌套式结构，其中：

所述外框架由外框架底梁、外框架顶梁以及外框架立柱构成框架结构；外框架底梁安装有底部振动油缸；

所述内框架由内框架底梁、内框架顶梁以及内框架立柱构成框架结构；内框架顶梁安装有顶部静载油缸和顶部振动油缸；内框架立柱的内侧安装有侧压油缸，用于模拟地层侧向压力；所述内框架能够在所述底部振动油缸的作用下相对所述外框架在外框架内部整体上下振动；

所述内框架内部设置有前挡板和后挡板，前挡板和后挡板的两端固定于内框架立柱上，在前挡板和后挡板之间形成试验材料的填筑空间；

所述后挡板上的地下水库区域开设有进水孔，所述水库压力模拟装置通过进水导管连接于所述进水孔，用于向地下水库施加水压力作用，模拟地下水库水压力情况；

所述水库压力模拟装置包括伺服电机、连杆和缸体，缸体内设有活塞，伺服电机通过连杆与缸体内的活塞相连，缸体上开设有进出水孔，进出水孔连接所述进水导管；

所述内框架的底部设置有渗水回收装置，包括集水槽、导流管、储水容器和排水泵，所述集水槽安装于所述内框架的底部，导流管连接集水槽和储水容器，所述储水容器内放置排水泵。

2.根据权利要求1所述的模型试验系统，其特征在于，所述水库压力模拟装置还包括控制器与压力传感器，所述控制器连接伺服电机和压力传感器，所述压力传感器的另一端连接所述进水导管。

3.根据权利要求1所述的模型试验系统，其特征在于，所述后挡板上还开设有排气孔。

4.根据权利要求1所述的模型试验系统，其特征在于，所述模型试验架还包括边界防水结构，具体为在地下水库前后两侧的四周进行打止水胶处理。

5.根据权利要求4所述的模型试验系统，其特征在于，所述边界防水结构进一步包括在地下水库前后两侧的外围，自地下水库四周向外扩散一定距离施工多圈止水条。

6.根据权利要求1所述的模型试验系统，其特征在于，所述内框架立柱的外侧设置有滚轮组，所述外框架立柱的内侧设有导轨，或者所述内框架立柱的外侧设置有导轨，所述外框架立柱的内侧设有滚轮组，通过滚轮组和导轨实现内框架相对所述外框架的上下运动。

7.根据权利要求1所述的模型试验系统，其特征在于，所述内框架立柱在高度方向上设置有若干排螺栓，所述前挡板和后挡板的外围分别安装有前横梁和后横梁，前横梁和后横梁的两端固定于所述螺栓上，从而将所述前挡板和后挡板固定于内框架立柱上。

8.根据权利要求1-7任一项所述模型试验系统进行煤矿地下水库坝体多耦合试验的方法，试验过程由三部分组成，第一部分是模拟坝体所受煤矿压力变化的加载过程，第二部分是模拟坝体在施加相应水压力时结构稳定的过程，第三部分是坝体上部由顶板断裂、垮落因素产生的振动作用过程，包括如下步骤：

S1：安装前挡板和后挡板，填筑试验材料，并在预期坝体所在位置预埋坝体模型，继续填筑试验材料；

S2：试验材料达到预期强度后，卸下前挡板并开挖试验材料，在坝体模型两侧形成巷道和地下水库，并对巷道进行支护；

S3：对地下水库进行相应的隔水处理，再次安装前挡板，完成实验准备工作；

S4：在后挡板的进水孔处连接导管，安装水库压力模拟装置；

S5：按照试验设计进行第一部分试验，通过顶部静载油缸和侧压油缸对试验材料施加矿山压力作用；

S6：在进行第一部分试验的过程中，按照试验设计进行第二部分试验，通过水库压力模拟装置施加水压力；

S7：按照试验设计进行第三部分试验，通过底部振动油缸和顶部振动油缸施加振动荷载；

S8：加载至结构破坏，完成试验。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S5之前还具有：利用顶部静载油缸和侧压油缸对试验材料进行预加载，加载至初始应力值，并稳定一段时间。