[发明专利]一种用于模拟深部巷道开挖的三维动静载试验系统及方法

权利要求书

1.一种用于模拟深部巷道开挖的三维动静载试验系统，其特征在于：包括移动平台、箱体、支撑框架、巷道掘进装置、数据监测单元、动载加载控制单元和主控制单元；

所述移动平台上设置有支撑台，所述支撑台可相对于移动平台移动，所述支撑台上放置箱体；

所述箱体呈长方体结构，箱体内放置有相似材料模型，箱体上可拆卸设置有观察窗，箱体内部左端及右端均设置有侧向承压板，箱体内部顶端设置有轴向承压板；

所述支撑框架架设在移动平台及箱体的左端、右端及顶端；

支撑框架的左端设置有若干个摆锤冲击单元，所述摆锤冲击单元包括第一冲击杆、摆动杆、摆锤、第一定滑轮和第一拉绳；第一冲击杆穿过箱体，第一冲击杆可沿着水平方向移动，第一冲击杆的一端接触箱体内部左端的侧向承压板，摆动杆的上端铰接支撑框架，摆动杆的下端设置摆锤，第一定滑轮设置于支撑框架上，第一拉绳的一端连接摆锤，第一拉绳的另一端经第一定滑轮引出；拉动第一拉绳并松开第一拉绳后，摆动杆相对于支撑框架摆动，摆锤撞击第一冲击杆的另一端；

支撑框架的左端设置有若干个侧向作动器，侧向作动器连接第二冲击杆的一端，第二冲击杆穿过箱体，第二冲击杆可沿着水平方向移动，第二冲击杆的另一端接触箱体内部左端的侧向承压板；

支撑框架的右端设置有若干个侧向加载油缸，侧向加载油缸的加载端穿过箱体，侧向加载油缸的加载端沿着水平方向加载，侧向加载油缸的加载端接触箱体内部右端的侧向承压板；

支撑框架的顶端设置有若干个落锤冲击单元，所述落锤冲击单元包括第三冲击杆、落锤、第二定滑轮和第二拉绳；第三冲击杆穿过箱体，第三冲击杆可沿着竖直方向移动，第三冲击杆的一端接触箱体内部顶端的轴向承压板，第二定滑轮设置于支撑框架上，第二拉绳的一端连接落锤，第二拉绳的另一端经第二定滑轮引出；拉动第二拉绳并松开第二拉绳后，落锤撞击第三冲击杆的另一端；

支撑框架的顶端设置有若干个轴向作动器，轴向作动器连接第四冲击杆的一端，第四冲击杆穿过箱体，第四冲击杆可沿着竖直方向移动，第四冲击杆的另一端接触箱体内部顶端的轴向承压板；

侧向作动器和轴向作动器均设置为电液伺服作动器，侧向作动器、轴向作动器、侧向加载油缸和轴向加载油缸共用高压泵箱；

动载加载控制单元分别信号连接侧向作动器和轴向作动器，动载加载控制单元信号连接主控制单元；

由主控制单元控制动载加载控制单元使侧向作动器和轴向作动器施加设定冲击形式的动载，改变冲击作用力和冲击频率；侧向作动器、轴向作动器对相似材料模型施加轴向动载，用于模拟周边巷道掘进、周边工作面回采工程持续性扰动；

支撑框架的顶端设置有若干个轴向加载油缸，轴向加载油缸的加载端穿过箱体，轴向加载油缸的加载端沿着竖直方向加载，轴向加载油缸的加载端接触箱体内部顶端的轴向承压板；

所述巷道掘进装置用于在相似材料模型挖掘模拟巷道；

所述数据监测单元用于在相似材料模型被挖掘模拟巷道的过程中，监测相似材料模型的参数。

2.根据权利要求1所述的一种用于模拟深部巷道开挖的三维动静载试验系统，其特征在于：所述数据监测单元包括声发射监测单元、应力监测单元、应变监测单元、位移监测单元和变形监测单元；

所述声发射监测单元包括声发射监测控制主机和声发射探头，声发射探头布置于相似材料模型中的不同位置，声发射探头经信号线缆连接声发射监测控制主机；

所述应力监测单元包括应力监测控制主机、应变砖和土压力盒，应变砖及土压力盒布置于相似材料模型中的不同位置，应变砖及土压力盒均经信号线缆连接应力监测控制主机；

所述应变监测单元包括应变监测控制主机和光纤传感器，光纤传感器布置于相似材料模型中的不同位置，光纤传感器经信号线缆连接应变监测控制主机；

所述位移监测单元包括位移监测控制主机和光栅位移传感器，光栅位移传感器布置于相似材料模型中的不同位置，光栅位移传感器经信号线缆连接位移监测控制主机；

所述变形监测单元包括变形监测控制主机、散斑相机和三维扫描仪，散斑相机和三维扫描仪经信号线缆连接变形监测控制主机。