[发明专利]一种轴向伺服加载相似模拟巷道围岩蠕变试验方法

说明书

本发明提供了一种轴向伺服加载相似模拟巷道围岩蠕变试验方法，主要包括：小型巷道三维物理模拟试验箱组件选择与安装；相似模拟材料体选择与装填；小型巷道三维物理模拟试验箱与刚性伺服试验机组合；小型巷道三维物理模拟试验箱煤岩层蠕变伺服控制；加荷状态下相似模拟巷道断面出露；带压状态下相似模拟巷道开挖、支护及锚固围岩蠕变数据采集与处理；按不同蠕变试验方式进行下一级应力水平的加载蠕变循环；相似模拟巷道围岩失稳及数据处理。本发明试验方法具有操作步骤简单、数据自动采集、载荷伺服控制的特点，较好地实现了伺服载荷作用下相似模拟巷道围岩稳定性力学试验。

技术领域

本发明涉及一种巷道围岩蠕变试验方法，是将小型巷道三维物理模拟试验箱放置在轴向伺服刚性试验机上进行轴向伺服加载的力学试验方法，属相似模拟力学试验方法，具体涉及到实验室试验仪器的试验方法。

背景技术

随着我国发展建设的需要，大量基建工程、能源工程纷纷破土动工，很多重大施工技术难题浮出水面。而煤层开采深度的增加，会带来巷道围岩应力升高，使得软岩流变特性显现，造成深部巷道出现大变形甚至冒落失稳。受限于现场环境无法对深部巷道围岩破坏机理进行深入研究，只能借助相似模拟进行观测，以期寻求合理的巷道围岩控制技术。

目前，相似材料模拟实验是一种直观、经济、便捷和有效的方法，它以材料、几何、力学等相似原理为依据，通过材料配比、模型制作、巷道开挖、实时监测等试验方案设定，达到对实际工程模拟的要求。但传统相似模拟实验加载装置一般采用叠加铁块的方式来模拟上覆载荷，高应力环境使用铁块叠加受限，劳动强度大；而传统油缸加载也易产生模拟煤岩层移动后的应力的漂移与丧失，传统相似模拟实验方法严重制约了相似模拟实验技术的发展。

现有的相似模拟实验装置大部分加载方式无法实现载荷施加精确、压力伺服控制，更无法克服试验周期长、试验效率低的弊端。因此，本发明基于小型巷道三维物理模拟试验箱与刚性伺服试验机配合，提出一种轴向伺服加载相似模拟巷道围岩蠕变试验方法，通过对刚性伺服试验机上的小型巷道三维物理模拟试验箱模拟煤岩层顶部伺服加载与巷道开挖、支护，计算机自动采集监测数据与分析，实现基于相似模拟的轴向伺服加载巷道围岩稳定性试验，试验结果可为深部巷道围岩变形破坏机理研究提供参考。

发明内容

针对自行设计的小型巷道三维物理模拟试验箱在刚性伺服试验机上操作复杂、且步骤迥异的问题，本发明提出了一种轴向伺服加载相似模拟巷道围岩蠕变试验方法，旨在通过小型巷道三维物理模拟试验箱与刚性伺服试验机配合，进行相似模拟巷道围岩稳定性力学试验，该试验方法具有操作步骤简单、数据自动采集、载荷伺服控制的特点，实现了伺服载荷作用下相似模拟巷道围岩稳定性力学试验的目的。

本发明提供一种轴向伺服加载相似模拟巷道围岩蠕变试验方法，主要包括：小型巷道三维物理模拟试验箱组件选择与安装；相似模拟材料体选择与分层装填；小型巷道三维物理模拟试验箱与刚性伺服试验机组合；小型巷道三维物理模拟试验箱煤岩层蠕变伺服控制；加荷状态下相似模拟巷道断面出露；带压状态下相似模拟巷道开挖、支护及锚固围岩蠕变数据采集与处理；按不同蠕变试验方式进行下一级应力水平的加载蠕变循环；相似模拟巷道围岩失稳及数据处理。本发明试验方法具有操作步骤简单、数据自动采集、载荷伺服控制的特点，较好地实现了伺服载荷作用下相似模拟巷道围岩稳定性力学试验。

具体步骤如下：

步骤一，根据模拟巷道断面尺寸，选择承载底座、左侧板、右侧板、开口横板、后横板、前支撑体、后支撑体、导向横轴、紧固螺母、紧固螺栓与合适的一组调配挡板、巷道挡板进行小型巷道三维物理模拟试验箱安装成型；

步骤二，将上压横杆与下压横杆通过安装螺栓固定在开口横板上，以紧固调配档板和巷道挡板，依据煤岩层模拟参数，选择合适的相似材料进行小型巷道三维物理模拟试验箱装填，每层装填均采用云母分层并用相同力度夯实；