[发明专利]一种加载缓冲装置及用于断层模拟的试验系统和方法

权利要求书

1.一种具有加载缓冲装置的断层模拟试验系统，其特征在于，利用一种加载缓冲装置，包括调节机构，以及多个加载单元；所述加载单元沿着第一方向和第二方向分别排列连接布置有多个，沿同一条直线布置的加载缓冲单元由钢丝绳串联，加载缓冲装置在加载过程中协调第一方向和第二方向上的变形；所述加载单元包括伸缩框、缓冲弹簧、推杆、球头杆和钢丝绳，所述伸缩框包括上垫层、下垫层、杆套和伸缩支撑杆架，所述推杆包括上推杆和下推杆；多个缓冲弹簧固定配置在上垫层和下垫层之间，上推杆两端分别与上垫层和球头杆铰接，下推杆的两端分别与下垫层和球头杆铰接，多个球头杆在杆套内沿着杆套首尾相接，钢丝绳依次穿过球头杆轴线上的通孔；伸缩支撑杆架支撑配置在上垫层和下垫层之间；所述调节机构包括齿轮和齿条，所述齿条包括第一齿条和第二齿条，第一齿条和第二齿条分别与球头杆相连；所述加载单元沿着第一方向、第二方向和第三方向分别排列连接布置有多个，加载缓冲装置在加载过程中协调第一方向、第二方向和第三方向上的变形；所述齿条包括第一齿条、第二齿条和第三齿条，第一齿条、第二齿条和第三齿条分别与球头杆相连；所述调节结构内部还设置有张紧装置，钢丝绳和张紧装置相连；所述杆套上设置有开槽，上推杆和下推杆沿杆套对称布置；所述球头杆的端部设置有球形接头，球形杆的尾部设置有球槽，球形接头和球槽相互配合；所述加载单元沿着水平方向和竖直方向分别排列连接布置有多个，沿同一条直线布置的加载缓冲单元由钢丝绳串联，加载缓冲装置在加载过程中协调水平方向和竖直方向上的变形；所述齿条包括水平齿条和竖直齿条，水平齿条和竖直齿条分别与球头杆相连；

还包括断层模拟试验系统，底座、立柱、顶梁和挡板，底座的两端设置有立柱，立柱之间的底座上还设置有挡板，立柱的上端通过顶梁连接；相似材料模拟试验体放置在挡板之间的底座上；侧向加载装置和沿着第二方向布置的加载单元相连，沿着第二方向布置的加载单元压设在试验体侧面，竖直加载装置和沿着第一方向布置的加载单元相连，沿着第一方向布置的加载单元压设在试验体的上方；

所述侧向加载装置和竖直加载装置加载的过程中缓冲弹簧储存弹性能，缓冲弹簧在试验体形成断层时提供瞬时动能，断层形成后加载缓冲装置继续对试验体进行加载。

2.一种断层模拟试验方法，其特征在于，利用权利要求1所述的一种具有加载缓冲装置的断层模拟试验系统，步骤包括：

A.确定材料模拟试验的试验体长度，固定试验体两侧的挡板；

B.确定断层的类型、起裂角度和起裂位置，安装断层起裂装置；

C.根据相似材料模拟试验的试验体尺寸确定加载缓冲装置的加载单元安装数量；

D.分层铺设相似材料，并在模拟煤岩层内铺设应力传感器；

E.利用侧向加载装置或竖直加载装置施加载荷；

F.断层形成后继续施加载荷，观测模拟断层。

3.根据权利要求2所述的一种断层模拟试验方法，其特征在于，侧向加载装置或竖直加载装置通过加载缓冲装置对试验体施加柔性载荷，钢丝绳协调多个加载单元连接。

4.根据权利要求2所述的一种断层模拟试验方法，其特征在于，所述断层形成后继续施加载荷，加载缓冲装置协调试验体的变形并持续传递载荷。