[发明专利]一种基于曲率变形的相似模拟试验装置及方法

权利要求书

1.一种基于曲率变形的相似模拟试验装置，其特征在于：包括横梁(1)、设置在横梁(1)两侧的立柱(2)和设置在横梁(1)上用于支撑相似模拟岩土层并调节相似模拟岩土层底部曲率变形的曲率变形调节机构，横梁(1)中部开设有多个上下贯通的螺栓通孔(15)，所述曲率变形调节机构包括多个沿横梁(1)长度方向并排设置在横梁(1)上侧的支撑块(13)，支撑块(13)的底部开设有凹槽，螺栓调节杆(12)穿过螺栓通孔(15)伸入至支撑块(13)的底部凹槽内与凹槽的槽底抵接，螺栓调节杆(12)远离支撑块(13)的一端安装有旋转螺母(14)，立柱(2)两侧位于所述曲率变形调节机构的位置处均安装有倒L型支护模板(7)和设置在倒L型支护模板(7)上侧的L型支护模板(6)，立柱(2)两侧位于所述曲率变形调节机构以上的位置处均安装有多个依次布设且用于夹持所述相似模拟岩土层的侧护板(5)，所述相似模拟岩土层为地表至开采层之间的相似模拟岩土层或地表至关键层顶部之间的相似模拟岩土层；

所述倒L型支护模板(7)的下侧与横梁(1)连接，倒L型支护模板(7)的倒L型支护水平板(7-1)与L型支护模板(6)的L型支护水平板(6-1)配合，倒L型支护水平板(7-1)和L型支护水平板(6-1)均伸入至两个立柱(2)之间的区域，两个倒L型支护水平板(7-1)之间、两个L型支护水平板(6-1)之间均具有间隙，所述间隙的宽度大于螺栓调节杆(12)的直径；

多个所述支撑块(13)均设置在两个L型支护水平板(6-1)上；

所述螺栓调节杆(12)伸入至凹槽内的杆段外径与所述凹槽的内径尺寸一致。

2.按照权利要求1所述的一种基于曲率变形的相似模拟试验装置，其特征在于：所述螺栓调节杆(12)的数量与螺栓通孔(15)的数量相等且一一对应。

3.按照权利要求1所述的一种基于曲率变形的相似模拟试验装置，其特征在于：所述横梁(1)底部设置有多个底部支撑座(3)，立柱(2)位于横梁(1)下侧的位置上安装有三角支架(4)。

4.按照权利要求1所述的一种基于曲率变形的相似模拟试验装置，其特征在于：所述倒L型支护模板(7)和L型支护模板(6)远离立柱(2)的外侧面上设置有扶手(8)。

5.一种利用如权利要求1所述装置进行岩土层曲率变形相似模拟试验的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、安装曲率变形调节机构：将两个倒L型支护模板(7)安装在横梁(1)两侧，同时两个倒L型支护模板(7)的端部与立柱(2)连接，两个倒L型支护模板(7)的倒L型支护水平板(7-1)朝上且伸入至两个立柱(2)之间的区域，将两个L型支护模板(6)安装在立柱(2)两侧且位于倒L型支护模板(7)上侧位置，倒L型支护模板(7)的倒L型支护水平板(7-1)与L型支护模板(6)的L型支护水平板(6-1)接触配合，沿L型支护水平板(6-1)长度方向将多个支撑块(13)并排设置在L型支护水平板(6-1)上，螺栓调节杆(12)依次穿过螺栓通孔(15)、两个倒L型支护水平板(7-1)之间间隙和两个L型支护水平板(6-1)之间间隙伸入至支撑块(13)底部与凹槽的槽底抵接，螺栓调节杆(12)远离支撑块(13)的一端安装有旋转螺母(14)；

步骤二、铺装相似模拟岩土层：根据待模拟的岩土层属性确定相似模拟岩土层所需材料，在支撑块(13)上由下至上通过分层铺装压实的方式铺装相似模拟岩土层对应的材料，并根据相似模拟岩土层铺设高度的增加，逐层加装立柱(2)两侧的侧护板(5)，直至满足相似模拟岩土层试验要求设计高度；

步骤三、模拟岩土层曲率变形：待相似模拟岩土层自然风干后，拆除L型支护模板(6)和倒L型支护模板(7)，将透明刻度板安装在L型支护模板(6)和倒L型支护模板(7)所在位置，根据试验要求的岩土层曲率，从左往右通过旋转螺母(14)控制螺栓调节杆(12)和支撑块(13)逐级下降，直至各支撑块(13)的下降高度满足试验要求的岩土层曲率变形值；

步骤四、获取相似模拟岩土层变形数据并观测相似模拟岩土层裂缝发育特征：相似模拟岩土层在重力作用下和对应曲率变形下呈现变形，并形成发育裂缝，通过透明刻度板记录相似模拟岩土层变形数据，拆除侧护板(5)，观测相似模拟岩土层在对应曲率变形下岩土层的移动变形和裂缝发育参数。