[发明专利]小型相似模拟试验用模型井壁管片环预制装置及方法

说明书

本发明公开了一种小型相似模拟试验用模型井壁管片环预制装置及方法，属于管片环及井筒的模拟实验技术领域。本发明模型井壁管片环的预制装置分为浇筑装置和拆模装置，整体具有可拆性，便于操作。本发明装置采用慢速旋转取芯的方法，最大程度的保护了试件的完整性和其强度。本发明模型井壁管片环采用预制的方法，将配合好的材料倒入装置进行浇筑，之后自然养护达到设计强度后进行脱模，最终得到成型的井壁管片环。将其置入围岩（土体）的相似材料中，对研究小型相似模拟试验中井壁管片环变形、破坏的力学机制，结构力学特性，以及与围岩（土体）的相互作用关系等，提供了一种新途径。

所属技术领域

本发明涉及一种模型井壁管片环制作方法及其装置，主要用于小型相似模拟试验（相似比约为50）中管片环及井筒的模拟。

背景技术

现有管片环（井壁）的模拟多采用PE管、预制混凝土、尼龙环等方法模拟。无论是相似模拟试验还是1:1原型试验，都存在试件体积过大，制作工艺复杂（需拆模+养护），成本过高，制作周期过长等问题，且现有试验研究多侧重于对管片环（井壁）结构力学特征进行分析，而关于围岩（土体）与管片环（井壁）之间的相互作用关系的研究较少。在管片结构力学特征研究方面，部分研究针对上述试件制作的诸多难点，转而选取管片环的一部分，即四边形或六边形管片进行相关研究，这种研究成果往往与实际工况不相符。

在实际工况中，管片通常组合成管片环并作为一个整体的受力结构与围岩（土体）发生接触。即使作为一个整体的受力结构并进行相关力学性能的研究，也存在试件尺寸过大，而围岩（土体）介质模拟范围较小的问题，无法满足“模拟范围至少应大于开挖空间的三倍”的要求。由于围岩（土体）变形、突(涌)水、岩爆以及瓦斯突出(含煤地层)造成管片（井壁）变形、破裂的现象时有发生，把管片环（井壁）作为一个整体的受力结构，并将之置于相关的地质环境中研究其受力特性、机制等问题势在必行。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种小型相似模拟试验用模型井壁管片环预制装置及方法，该装置和方法能够解决上述现有技术中存在的问题，其预制出的井壁管片能满足相似理论的使用要求，且体积轻巧，操作简单，周期简短。主要用于小型相似模拟试验中研究井壁管片环变形、破坏的力学机制，结构力学特性，以及与围岩（土体）的相互作用关系等。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种小型相似模拟试验用模型井壁管片环预制装置，包括浇筑模具和拆模装置；所述浇筑模具包括圆柱体、底座和两个半圆形模板，所述圆柱体的中心设置有沿轴线贯通的螺纹孔，所述圆柱体的底部中心固定有圆柱形定位凸起，所述底座的中间有圆形凹槽，圆形凹槽的中心有中心孔，中心孔与圆柱形定位凸起的半径和高度相适配，所述圆柱体的底部坐落在底座的圆形凹槽上，所述圆柱形定位凸起插入所述中心孔内；两个半圆形模板包在所述圆柱体的外圈并对称拼接形成空心圆柱体，两个半圆形模板形成的空心圆柱体的底部坐落在所述圆形凹槽内，两个半圆形模板的外侧弧形壁贴合在所述圆形凹槽的弧形内壁上，两个半圆形模板的内侧弧形壁与圆柱体的外壁之间留有间隙形成用于浇筑模型井壁管片环的环形空间；所述两个半圆形模板外配有箍圈，箍圈内圈与两个半圆形模板形成的空心圆柱体的外圈相适配。

所述拆模装置包括固定架、旋转杆和旋转把手，所述固定架包括上圆座和下圆座，上圆座与下圆座之间固定连有若干根支撑杆，所述上圆座的中心制作有过杆孔，所述下圆座的中间有能供所述圆柱体通过的拆模孔；所述旋转杆和旋转把手二者垂直固定在一起形成“T”形把手，所述旋转杆是与所述螺纹孔适配的螺杆，旋转杆能从所述过杆孔穿过并旋入所述螺纹孔内，旋转杆的长度大于整个固定架的高度，旋转杆上装有螺母。

所述浇筑模具和拆模装置整体均为钢质材料。

所述模型管片环的高度为100mm；所述底座的厚度为10mm；所述箍圈的厚度为10mm；所述固定架的高度为100mm。