[实用新型]一种简易模袋混凝土支架模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种简易模袋混凝土支架模拟装置，属于巷道支护相似模拟试验领域。

背景技术

随着经济技术不断发展，我国对于煤炭资源需求日益增大，使得煤炭开采发展至深部开采阶段。随着开采深度的增加，巷道受到的应力也不断增加，在高应力的作用下，巷道周围的岩石很容易发生变形，容易出现软化或者扩容现象，由于其强度不足而容易发生破坏。所以，巷道的支护问题成为了影响和制约我国煤炭资源深部开采的重要问题之一。

当前深部巷道支护采用的技术有U型钢拱形可缩性支架、矿用H型钢刚性支架、可缩性钢管混凝土支架等支护形式。中国发明专利ZL201510837256.2公布了一种现浇连续混凝土支架及其安装方法，该支架由土工模袋外壳和内填纤维混凝土组成，具有原理简单、安装简便、适用性广泛、制作成本低的特点。但是目前还没有一种能够系统全面地研究模袋混凝土支架承载能力、整体受力、围岩变形和破坏形态及其影响因素的简易试验装置。

综上所述，有必要设计一种简易模袋混凝土支架模拟装置，既具有取材容易、加工简单、成本低廉、安装准确和装卸方便的特点，又能形成一整套完整的模袋混凝土支架的研究体系，更好的解决深部开采中的巷道支护问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够系统全面地研究模袋混凝土支架承载能力、整体受力、围岩变形和破坏形态及其影响因素的一种简易模袋混凝土支架模拟装置及其试验方法。

本实用新型一种简易模袋混凝土支架模拟装置的构造是：由支架模型、约束装置、模拟围岩和传力装置组成，其特征在于，支架模型以弯曲成半圆形的单壁波纹管为外壳，单壁波纹管外壳顶部设有注浆孔，注浆孔为盘承短管，其中承口伸出单壁波纹管，法兰盘接口贴合单壁波纹管内壁；约束装置的钢板底座焊接H型钢，其中H型钢内表面加工成直角型拐角，沿H型钢内表面依次放置坐标纸、钢化玻璃板；传力装置的拱形桁架顶部设有加载平面，贴合加载平面放置带有凹槽的垫块。

为了更好地观测到支架模型关键点处的位移大小和破坏形态，单壁波纹管外壳的关键区域用不同颜料进行上色。

为了更好地观测到围岩的变形情况和运动轨迹，模拟围岩选用颜色不同的彩砂分层均匀铺设。

本实用新型一种简易模袋混凝土支架模拟装置的试验方法为：第一步，将单壁波纹管根据相似比弯曲成半圆形壳体，从壳体顶部的注浆口灌注纤维混凝土模拟材料，待模拟材料凝固后封闭注浆口，在壳体关键区域用不同颜料进行上色；第二步，将焊接H型钢的钢板底座平放，沿H型钢内表面依次放置坐标纸和钢化玻璃板，根据坐标纸将模型置于指定位置；第三步，在约束装置中选用颜色不同的彩砂分层均匀铺设；第四步，沿H型钢内表面放置拱形桁架，将带有凹槽的垫块置于加载平面上；第五步，采用最大试验力合适的试验机，先以力控制加载后以位移控制加载的方式控制加载速率对模袋混凝土支架模拟装置进行加载试验，直至模型在轴压作用下发生破坏。

本实用新型一种简易模袋混凝土支架模拟装置具有如下优点：

(1)单壁波纹管具有强度大，刚性高，柔韧性好，可以任意弯曲的特点，与模袋混凝土支架中的土工模袋具有相似的力学性能；

(2)在单壁波纹管关键区域用不同颜料上色，在试验过程中能够清楚直观地观察到支架相似模型关键区域的位移大小和破坏形态；

(3)在钢板焊接H型钢能够沿H型钢内表面容易固定住坐标纸、钢化玻璃板、模型和拱形桁架，从而节约安装和拆卸约束装置的时间；

(4)选用颜色不同的彩砂分层均匀铺设，在试验过程中能够清楚直观地观察到分层面处围岩的变形情况；

(5)带有凹槽的垫块能够将拱形桁架顶端的加载平面延伸至装置外部，其上表面能与加载头接触，实现集中荷载向均布荷载的转换；

(6) 模型能够容易调整单壁波纹管直径、模拟材料配合比、模型内径、围岩等级和埋置深度等因素水平，试验过程周期较短，能够进行大量的试验，全面系统地研究各因素对承载能力、整体受力、围岩变形和破坏形态的影响程度；

(7) 本装置取材容易、加工简单、成本低廉、安装准确、装卸方便，并且约束装置和传力装置损坏率很低，可以重复利用。

附图说明

图1为本实用新型一种简易模袋混凝土支架模拟装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种简易模袋混凝土支架模拟装置的相似模型截面示意图；

图3为图1中A处的放大图。