一种用于模拟巷道围岩塑性区的三维实验系统及实验方法
专利汇可以提供一种用于模拟巷道围岩塑性区的三维实验系统及实验方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于模拟巷道围岩塑性区的三维实验系统及实验方法，其轴向加载缸分别与 支撑 架和传 力 轴连接，传力轴下端面与轴压 传感器 连接，上压头穿过侧压室的壳体的顶部的中心通孔、其底部与实验模型上端面连接，顶部与轴压传感器连接，在上压头与侧压室的通孔之间还连接有 密封圈 ，在上压头与下压头之间还连接有包围实验模型的隔离 橡胶 膜，液压系统分别与轴向加载缸和侧压室连接，多点位移测量系统通过数据实验模型内微型高精多点位移传感器连接。本发明加载更均匀、荷载集度高、满足三维条件下深部高 应力 环境尤其是高偏应力场的模型实验；能进行数据的实时采集、测量 精度 高，能有效准确地测量和模拟巷道围岩塑性区的分布特征与分布规律。，下面是一种用于模拟巷道围岩塑性区的三维实验系统及实验方法专利的具体信息内容。
1.一种用于模拟巷道围岩塑性区的三维实验系统，其特征在于包括承载架、侧压室、液压系统、多点位移测量系统、轴向加载缸、传力轴、轴压传感器、上压头；
其中承载架包括上承载台、特制螺母、承载柱、柱底垫板，承载柱上端用特制螺母与上承载台连接，承载柱下端与柱底垫板连接；
再将柱底垫板与地面预制地脚螺栓连接，将承载架牢固地固定在地面上；
其中侧压室包括壳体、实验模型、侧压室底座，壳体嵌入侧压室底座上的侧压室脚槽并与侧压室底座的螺柱连接，在壳体与侧压室脚槽之间还连接有密封橡胶垫；实验模型内含贯穿实验模型的巷道模型，在沿巷道模型的径向等距离分布由巷道模型的中心向外呈发射状的微型高精多点位移传感器；
在巷道模型的两端、紧贴实验模型的前后壁的外侧连接有过渡板，该过渡板为方形薄钢板，其长、宽尺寸为所述巷道模型直径的1.5～2倍；
实验模型的上端面、下端面均连接有高强柔性橡胶层，实验模型的下端面的高强柔性橡胶层与侧压室底座的下压头连接，壳体顶部设置有排气阀；
其中，轴向加载缸采用最大载荷为1000t的特大压力油缸；该轴向加载缸与承载架连接，轴向加载缸下端连接传力轴，传力轴下端面与轴压传感器连接，轴压传感器与上压头的上端面加载连接，上压头穿过侧压室的壳体的顶部的中心通孔、其底部与实验模型上端面的高强柔性橡胶层连接，在上压头与侧压室的壳体的顶部的中心通孔之间还连接有密封圈，在上压头与下压头之间还连接有包围实验模型的隔离橡胶膜，液压系统分别与轴向加载缸和侧压室的注油管孔和回油管孔连接，设有依次电性连接的信号接收模块、信号转换模块、数据分析模块的多点位移测量系统通过数据线穿过侧压室底座的过线孔与微型高精多点位移传感器连接，并将采集的位移信号进行有效采集、接收、转换和分析。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟巷道围岩塑性区的三维实验系统，其特征在于液压系统包括液压控制台和供油系统，液压控制台包括侧压室围压控制区、轴压控制区、参数设置和显示区，供油系统包括电机、液压泵、多路阀、油箱、压力传感器，液压控制台分别与多路阀、电机、压力传感器电性连接，液压泵分别与电机、油箱、多路阀连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于模拟巷道围岩塑性区的三维实验系统，其特征在于密封圈为中空的锥形体，中空的内径与上压头的圆柱杆外径相同。
4.根据权利要求1所述的一种用于模拟巷道围岩塑性区的三维实验系统，其特征在于隔离橡胶膜为两端开口的方筒型，其内腔尺寸与实验模型外形相一致，高度大于实验模型的高度。
5.一种使用权利要求2所述的用于模拟巷道围岩塑性区的三维实验系统的实验方法，包括制模、组建系统、加载、数据采集、卸载、采集图像和绘制围岩塑性区分布图；
1）制模：组装模具、制造实验模型；
将模具的主模板安装到下压头的基座相应位置，上好底部所有螺栓，然后将次模板对接到主模板翼缘的一侧，拧紧侧面及底部的螺栓；以模具的中间柱体为中心，在指定监测断面沿柱体的径向按照等间距辐射预先确定监测器件的位置，然后安设固定微型高精多点位移传感器；配置模拟巷道模型的材料，并将配置的材料分层浇筑入模具，用小型震动设备振捣密实，充填至模具的上表面后，用抹灰板将表面抹平整、光滑，预制实验模型完成；
2）组建系统：将实验模型、侧压室、承载架、液压系统、多点位移测量系统、轴向加载缸、传力轴、轴压传感器、上压头连接组建试验系统；
待预制的实验模型养护到设计强度的龄期后，拆除模具；将过渡板粘贴至巷道模型在隔离橡胶膜内侧所对应的位置，接着打开隔离橡胶膜从上往下套入实验模型，用约束铁丝把隔离橡胶膜的底端捆绑在下压头上；将上压头准确安放至实验模型的上表面，再用约束铁丝把隔离橡胶膜的上端捆绑在上压头上；将侧压室的壳体吊起，壳体的顶部的中心通孔对准上压头，并缓慢地下降，直至侧压室的壳体四周底角完全进入侧压室脚槽中，然后安装密封圈，用螺栓将侧压室的壳体安装在侧压室底座的螺柱；将侧压室的实验模型的微型高精多点位移传感器的信号输出线从侧压室底座的过线孔引出与多点位移测量系统连接；将侧压室的注油管孔和回油管孔，以及轴向加载缸与液压系统连接，完成实验系统的组建连接；
3）加载：启动液压系统向侧压室内实验模型的纵向、侧向加载；
对液压控制台上电，操作液压控制台启动供油系统向轴向加载缸供油施压，使轴向加载缸带动传力轴和轴压传感器缓慢接触上压头，接触时轴向荷载测量值显示2～4KN，停止加载；打开侧压室的壳体顶部的排气阀，启动供油系统向侧压室供油，当排气阀有油液溢出后，停止供油系统的运行，完成实验系统的加载；
4）数据采集：通过多点位移测量系统实现对实验模型的实时数据采集；
启动液压系统的液压控制台的计算机加载控制程序，根据巷道模型实验的设计方案，设定轴向载荷、侧向压力的目标值以及加载速率参数，开始对实验模型进行加载并实时记录实验数据；
5）卸载：卸载液压载荷、拆解实验系统；
打开侧压室的壳体顶部的排气阀，通过操作液压系统的液压控制台，在液压系统的电机、液压泵、多路阀的作用下卸载侧压室和轴向加载缸的液压油，并使传力轴向上提升一定的高度，移除侧压室及上压头，旋开侧压室的壳体固定螺母，将侧压室的壳体及上压头转移至其他位置，卸下隔离橡胶膜；卸载液压载荷、拆解实验系统；
6）采集图像：剖切实验模型，采集围岩裂隙分布图像；
选取实验模型上2-3个研究断面，分别从断面处将实验后的实验模型切开，用高清数字相机采集剖切口巷道围岩的数字图像；
7）绘制围岩塑性区分布图：绘制各时刻、各测量点的位移场；
将多点位移测量系统所采集的监测数据进行汇总处理，选取实验全过程的若干典型时刻t1、t2、t3…tn,然后在实验模型辐射状测点布置图上分别绘制出各个时刻t1、t2、t3…tn各测点的等位移场，依据相似材料的力学参数，判断围岩塑性位移的范围，确定各时刻巷道围岩塑性区的形状及分布大小，进而分析塑性区的形成、发展演化规律。
一种用于模拟巷道围岩塑性区的三维实验系统及实验方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
1.5～2倍，本案中选择2 倍，使其所承载的油压能有效传递给所述巷道模型15的周边。
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