[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

说明书

本发明的一种拱形巷道支撑结构试验加载装置包括：试验用的拱形结构、底板、固定板、支撑板、两套连接机构、加载机构和检测机构；固定板和连接机构固定在底板上，固定板设在连接机构间，拱形结构的两端分别安装在连接机构上，加载机构设在拱形结构上对拱形结构的多个检测节点施加荷载；检测机构安装在支撑板上其检测端与拱形结构的内表面接触，以检测对拱形结构施加荷载时各检测节点的位移值。试验方法为通过若干千斤顶与索杆连接装置相结合的方式对外圈拱施加均匀或非均匀的压力荷载，模拟实际工程中不同型式的围压压力。检测各级荷载作用下测点的位移值，直至检测点发生过大的位移，支撑结构破坏即可获得支撑结构的极限承载力。

技术领域

本发明属于拱形巷道支撑试验加载装置技术领域，涉及一种拱形巷道支撑结构试验加载装置及试验方法。

背景技术

近年来，随着隧道、通道、洞室、井巷和矿井等地下工程的发展，地下工程在各类复杂地质条件下的施工与修建问题日益凸显，巷道围岩力学环境日趋复杂。拱形巷道支撑结构由于受力更均匀、更耐压得到广泛应用，因此通过试验确定拱形结构的力学性能对于工程安全性意义重大。但在实际工程中，由于现场施工环境复杂、难以复现等诸多原因，现场试验多数情况下难以在此复杂环境下进行并得出结论。在此背景下，室内承载模型试验研究作为探究拱形巷道支撑结构的支护作用机理和承载能力的实验方法得到了更多重视。拱形巷道支撑结构的承压能力对地下工程的安全性具有重要影响，通过支撑试验确定拱形巷道支撑结构的力学性能与承压极限是室内承载模型试验的一大重点。现有的拱形巷道支撑结构试验加载装置难以模拟实际工程中的围岩压力，难以构建出更接近实际工程条件的试验情况，试验结论与实际工况下的使用情况仍存在诸多差异。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种拱形巷道支撑结构试验加载装置及试验方法，该装置能够对拱形巷道支撑结构施加均匀或不同型式的非均匀压力荷载，模拟复杂工况下拱形巷道的围岩压力，通过逐级加载并测量出每级荷载下拱形支撑结构位移的方式，直至支撑结构发生破坏，通过此种方式，获得拱形巷道支撑结构的极限承载力。

本发明提供一种拱形巷道支撑结构试验加载装置，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。

在本发明的拱形巷道支撑结构试验加载装置中，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。

在本发明的拱形巷道支撑结构试验加载装置中，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。

在本发明的拱形巷道支撑结构试验加载装置中，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。