[发明专利]一种拱形巷道支撑结构试验加载装置及试验方法

权利要求书

1.一种拱形巷道支撑结构试验加载装置，其特征在于，包括：试验用的拱形结构、底板、固定板、支撑板、两套连接机构、加载机构、检测机构和控制器；所述固定板和两套连接机构都固定在底板上，固定板设置在两套连接机构之间，支撑板的两端分别连接两套连接机构；所述拱形结构的两端分别安装在连接机构上，所述加载机构设置在拱形结构上对拱形结构的多个检测节点施加拱心方向的荷载；所述检测机构安装在支撑板上且其检测端与拱形结构的内表面接触，用于检测对拱形结构施加荷载时，对应检测节点的位移值；所述控制器分别与加载机构、检测机构连接，接收加载机构施加的荷载和位移信号，并调节加载机构施加荷载的大小。

2.如权利要求1所述的拱形巷道支撑结构试验加载装置，其特征在于，所述连接机构包括：支撑钢架和旋转式拱座；两个支撑钢架对称布置在底板上；旋转式拱座通过螺栓连接的方式安装在支撑钢架的顶部；试验用的拱形结构的两端分别支撑在两个旋转式拱座上。

3.如权利要求2所述的拱形巷道支撑结构试验加载装置，其特征在于，所述旋转式拱座包括：固定座、一对正对布置的弧形侧板和旋转连接座；固定座通过螺栓连接紧固在支撑钢架的顶部，弧形侧板固定在固定座上，旋转连接座与一对弧形侧板转接；所述拱形结构的两端分别通过螺栓与对应的旋转连接座连接，拱形结构与旋转连接座构成自相平衡加载体系。

4.如权利要求1所述的拱形巷道支撑结构试验加载装置，其特征在于，所述加载机构包括：多个液压千斤顶、加载垫板、均力钢板以及多个沿拱形结构径向均匀设置的索杆连接装置；多个均力钢板贴覆在拱形结构的外表面，多个液压千斤顶均布在对应的均力钢板的外表面上，加载垫板位于液压千斤顶与均力钢板接触位置之间；所述索杆连接装置的上端沿径向穿过拱形结构、均力钢板和加载垫板并与液压千斤顶的活塞杆连接，索杆连接装置下端经过拱形结构的拱心后与固定板的顶部固接或支撑钢架的侧部固接。

5.如权利要求4所述的拱形巷道支撑结构试验加载装置，其特征在于，所述索杆连接装置包括：锚索、螺杆、拉力传感器和连接夹具；锚索与拉力传感器串联，锚索下端通过锚具与连接夹具相连，锚索上端与液压千斤顶的活塞杆连接；螺杆上端与连接夹具通过螺栓连接，螺杆下端与固定板的顶部固接或支撑钢架的侧部固接。

6.如权利要求5所述的拱形巷道支撑结构试验加载装置，其特征在于，除了与固定板垂直的螺杆外，其他螺杆与固定板或支撑钢架的侧部连接处都设有补偿钢块，以保证连接处的稳定性。

7.如权利要求4所述的拱形巷道支撑结构试验加载装置，其特征在于，所述均力钢板为圆弧钢板与翼缘钢板构成的圆弧状槽型结构，均力钢板的数量为五个，每个均力钢板的弧长为拱形结构弧长的1/5。

8.如权利要求5所述的拱形巷道支撑结构试验加载装置，其特征在于，所述连接夹具为具有两个翼缘的U型钢板，锚索与螺杆分别固连在两个翼缘上，连接夹具经过拱形结构的拱心，且多个连接夹具在拱心处交错布置。

9.如权利要求1所述的拱形巷道支撑结构试验加载装置，其特征在于，所述检测机构包括：若干支撑杆、锁紧构件以及位移计；支撑杆的底端通过螺栓固定在支撑板上，位移计通过锁紧构件固定在支撑杆的顶端，多个位移计均布于拱形结构的内周表面，以检测所述检测节点的位移。

10.一种如权利要求1至9任意一项所述的拱形巷道支撑结构试验加载装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对拱形巷道进行勘探，获得拱形巷道周围的土层分布情况和压力情况；

步骤2：拱形巷道的地勘情况设计实际拱形支护结构，并设计其缩尺模型，制作试验用的拱形结构；

步骤3：通过螺栓连接将旋转式拱座固定在支撑钢架的顶部，将支撑板通过螺栓连接固定至两个支撑钢架间，将均力钢板贴覆在拱形结构的上部，调整旋转式拱座中旋转连接座的朝向，使拱形结构的两端与旋转连接座顶部紧密贴合后通过螺栓连接构成自相平衡加载体系；

步骤4：将相应的螺杆下端与固定板的顶部或与支撑钢架的侧部固接，将锚索与拉力传感器串联，将连接夹具分别与锚索和螺杆连接，整体构成索杆连接装置；

步骤5：将多个液压千斤顶均匀分置于拱形结构外周表面上，将加载垫板置于对应的液压千斤顶与均力钢板之间，将步骤4安装好的索杆连接装置上端径向穿过拱形结构、均力钢板和加载垫板后与液压千斤顶的活塞杆连接；

步骤6：将若干支撑杆通过螺栓连接固定于支撑板上，将锁紧构件套入支撑杆，根据拱形结构的位置选择合适部位将锁紧构件固定，将位移计置入锁紧构件，将位移计的检测头贴附于构型结构的内周表面后固定；

步骤7：通过液压千斤顶的活塞杆对锚索施加背向拱心的拉力，液压千斤顶的传力架向拱形结构施加指向拱心的压力，以模拟围岩压力，通过拉力传感器检测施加拉力的大小，通过位移计监测节点位移变化，控制器根据试验要求对拱形结构施加均匀或不同型式的非均匀压力，并接收加载机构施加的荷载和位移信号；

步骤8：利用千斤顶采用逐级加载的方式，并通过位移计监测每一级荷载下的节点位移变化，直至拱形支撑结构产生过大的位移而发生破坏，即可得到试验用的拱形结构的极限承载力；

步骤9：根据试验用的拱形结构的极限承载力计算实际拱形支护结构的承载力，并与步骤1地勘获得的压力情况进行对比，如果实际拱形支护结构的承载力不够，调整结构尺寸参数以满足承载要求。