简易承压拱模拟试验装置及制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种简易承压拱模拟试验装置及制作方法，它是由承压拱相似模型和模型约束装置组成；其中所述的承压拱相似模型以呈半圆拱形的模型外壳充当骨架，其内部充填相似充填材料，然后用模拟锚杆进行锚固；所述的模型约束装置由钢化玻璃板、角钢和螺栓组成；其中钢化玻璃板夹在承压拱相似模型两侧，带有螺栓的角钢置于钢化玻璃板的上下两边，通过拧动螺母对模型施加轴向压力来限制其位移。本发明简易承压拱模拟试验装置制备简单、成本低、可重复利用且在试验过程中易观察模型破坏特点，能够全面有效地分析相关因素对承压拱承载力的影响。
【专利说明】简易承压拱模拟试验装置及制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种简易承压拱模拟试验装置及其制作方法，属于地下工程支护中的 承压拱相似模拟试验领域。
【背景技术】
[0002] 我国浅部煤炭资源日益匮乏，为了开采深部煤炭资源，煤矿深部巷道的开拓成为 必然。随着埋置深度的增加，岩体所处的工程地质环境变得越来越复杂，使其表现出的物理 力学性质与浅部岩体有很大的差异，深部巷道的支护问题也越来越突出，成为影响和制约 我国煤炭资源开采的重要因素。
[0003] 基于承压拱理论的锚喷支护是深井巷道的主要支护形式，锚杆和喷射混凝土与围 岩相互作用会形成一个承压拱，充分调动了破碎围岩的自承能力进而维护巷道的稳定。
[0004] 当前探究承压拱承载力影响因素的方法主要有理论推导、数值模拟和现场试验， 岩土工程问题的复杂性至少在目前尚难利用上述方法得到满意解答。借助于相似模拟试 验，在满足相似原理的前提下制作合理的试验装置，综合各种因素对承压拱承载力进行试 验探究，才能真实地反映承压拱承载力影响因素之间的相互关系，分析得出各种因素对承 压拱承载力的影响程度。但是目前还没有一种能系统全面地研究承压拱受力特点、破坏形 式、承载能力及其影响因素的简易试验装置。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有关于承压拱相似模拟试验装置的缺乏，提供一种能系统全面地研 究承压拱受力特点、破坏形式、承载能力及其影响因素的相似模拟试验装置及其制作方法。
[0006] 本发明简易承压拱模拟试验装置的构造是：由承压拱相似模型和模型约束装置组 成；所述的承压拱相似模型由模型外壳、相似充填材料和模拟锚杆组成；所述的模型约束 装置由钢化玻璃板、角钢和螺栓组成。
[0007] 所述的模型外壳是用可塑性好的铁丝网作为骨架，并在铁丝网的两侧粘结绘图纸 制成，利用铁丝网的可塑性和绘图纸的柔性能保证模型外壳具有一定变形能力；所述的相 似充填材料是根据相似原理用建筑材料制成的破碎岩石样本；所述的模拟锚杆是根据相似 原理用具有一定拉伸强度的铁丝制成。
[0008] 所述的钢化玻璃板夹在承压拱相似模型两侧用来限制承压拱相似模型的轴向位 移；所述的角钢置于两钢化玻璃板外侧的上下边，并在其两端打上圆孔用于安装螺栓；所 述的螺栓的长度大于承压拱相似模型的轴向长度，其直径略小于角钢上圆孔的直径。
[0009] 本发明简易承压拱模拟试验装置制造方法为：首先，用所述的模型外壳按照相 似比制成半圆拱形壳体；第二步，在上述半圆拱形壳体上安装模拟锚杆，打开半圆拱形壳体 的一侧充填相似充填材料，充填完成后将模型重新粘好；第三步，给模拟锚杆施加预应力； 最后，用钢化玻璃板夹在模型两侧，在其与模型的接触面上涂上润滑油，并在上下两端用带 有螺栓的角钢施加一定压力，即完成简易承压拱模拟试验装置的制作。
[0010] 对装置进行试验时，采用大于1000KN的压力机，以速率小于 1 X ?TVs的应变控制加载方式增加轴压，直至承压拱相似模型在轴压作用下发生破坏得 到其最大承载力；按照正交性原则调整承压拱相似模型的厚度、锚杆预应力、锚杆间距、相 似充填材料强度等因素会得到不同的结果；用极差方法分析各个因素的变化对承压拱相似 模型承载力的影响，得出影响程度最大的因素。
[0011] 本发明简易承压拱模拟试验装置具有以下优点： (1) 本装置能够较容易地调整承压拱厚度、锚杆预应力、锚杆间距、相似充填材料强度 等因素，分析得出相关因素对承压拱承载力的影响程度； (2) 用满足强度要求的透明钢化玻璃板进行约束，承压拱相似模型的破坏过程和破坏 特点容易观察； (3) 试验周期短，可进行大量试验全面系统地探究影响承压拱承载力的因素； (4) 本装置结构简单、组装拆卸方便，制作成本低，且模型约束装置可重复利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本发明实施例的示意图。
[0013] 图例说明：1_角钢；2-螺栓；3-钢化玻璃板；4-铁丝网；5-相似充填材料；6-模拟 锚杆；7_模型外壳；8-承压拱相似模型；9-模型约束装置。
【具体实施方式】
[0014] 如图1所示，本发明简易承压拱模拟试验装置的构造是：由承压拱相似模型8和模 型约束装置9组成；所述的承压拱相似模型8由模型外壳7、相似充填材料5和模拟锚杆6 组成；所述的模型约束装置9由钢化玻璃板3、角钢1和螺栓2组成。
[0015] 所述的模型外壳7是用可塑性好的铁丝网4为骨架其两侧粘结上绘图纸而制成； 所述的相似充填材料5是根据相似原理用建筑材料制成强度为破碎岩石样本；所述的模拟 锚杆6根据相似原理用具有一定拉伸强度的铁丝制成。
[0016] 所述的钢化玻璃板3用来限制承压拱相似模型的轴向位移；所述的角钢1置于两 钢化玻璃板3外侧的上下边，并在其两端打上圆孔，用于安装螺栓2 ;所述的螺栓2的长度 大于承压拱相似模型的轴向长度，其直径略小于角钢上的圆孔直径。
[0017] 本发明简易承压拱模拟试验装置制造方法为：首先，用所述的模型外壳7按照 相似比制成半圆拱形壳体；第二步，在上述半圆拱形壳体上安装模拟锚杆6,打开半圆拱形 壳体的一侧充填相似充填材料5,充填完成后将模型重新粘好；第三步，给模拟锚杆6施加 预应力；最后，用钢化玻璃板3夹在模型两侧，在其与模型的接触面上涂上润滑油，并在上 下两端用带有螺栓2的角钢1施加一定压力，即完成简易承压拱模拟试验装置的制作。
【权利要求】
1. 一种简易承压拱模拟试验装置，其特征在于，它是由承压拱相似模型和模型约束装 置组成；所述的承压拱相似模型由模型外壳、相似充填材料和模拟锚杆组成；所述的模型 约束装置由钢化玻璃板、角钢和螺栓组成。
2. 如权利要求1所述的一种简易承压拱模拟试验装置，其特征在于，钢化玻璃板夹在 承压拱相似模型两侧，带有螺栓的角钢置于钢化玻璃板的上下两边，通过拧动螺母对模型 施加一定轴向压力来限制其位移。
3. -种如权利要求1-2所述的简易承压拱模拟试验装置制造方法，其特征在于，首 先，用上述的模型外壳按照相似比制成半圆拱形壳体；第二步，在上述半圆拱形壳体上安装 模拟锚杆，打开半圆拱形壳体的一侧充填相似充填材料，充填完成后将模型重新粘好；第三 步，给模拟锚杆施加预应力；最后，用模型约束装置来约束承压拱相似模型的轴向位移。
【文档编号】G01N33/00GK104297437SQ201410611026
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】尚黎明, 李廷春, 陈佃浩, 杜贻腾, 吴帅, 段会玲, 徐开山, 吕连勋, 张仕林 申请人:山东科技大学