[实用新型]一种巷道底板变形破坏可视化试验装置

说明书

本实用新型公开了一种巷道底板变形破坏可视化试验装置，它包括一个单侧可视的长方形立式箱体，即立式箱体的前侧为部分透明的；立式箱体内装有模拟巷道底板岩体的相似材料模型，模型上方紧贴箱体两侧各布置有加压板，加压板中部上方支撑有凹槽形传力板；压力试验机提供的压力通过传力板传向加压板，为相似材料模型施加压力。本实用新型可以模拟巷道底板在高垂直地应力作用下真实的受力状态，并可直接观察底板岩体在荷载作用下的位移状态和变形运动规律，为研究巷道底板岩体塑性流动变形破坏机理提供依据。

技术领域

本实用新型涉及采矿工程巷道底板技术领域，尤其涉及一种用于研究煤矿巷道底板变形破坏的可视化试验装置。

背景技术

井下开采一直是我国煤炭资源开采的主要途径，在采掘过程中或受回采的影响，围岩应力状态发生变化，使巷道周围岩体产生变形并向巷道内移动，大量的底板变形会妨碍正常的通风、运输，甚至影响整个巷道的安全生产，因此保持巷道的稳定性和连通性对煤矿的建设和生产具有重要意义。针对巷道底板的变形破坏，国内外相关学者进行了大量的研究，但由于巷道围岩性质复杂、地质环境多变等因素，对巷道底板变形破坏机理的认识尚存在缺陷。因此，开展巷道底板变形破坏机理的研究具有十分重要的意义。

塑性流动变形是一种常见的底板破坏形式。当直接底板为软弱岩层，在两帮岩柱的压模效应作用下，底板软弱岩层被挤压流动到巷道内，出现持续的塑性流动变形。在以往的研究中，人们进行了大量的理论分析和数值仿真模拟以揭示巷道底板变形演化的规律。当然人们也尝试通过相似试验了解底板变形破坏的宏观过程，岳中文通过煤巷开挖掘进、锚杆与锚索一体化支护相似模拟实验研究了底板变形的类型及底板破坏时的应力状态，郑朋强等通过现场真三轴实验考察了导致巷道底板变形的各类因素，李运来通过改装的平面应变模型研究了软岩巷道的受力与变形特征。这些试验方法均为宏观试验，通过观察综合对比描述底板变形破坏的规律，无法客观反映底板岩体塑性流动变形破坏的全过程。

因此，很需要一种可视化试验装置对巷道底板塑性流动变形破坏过程进行试验研究。

发明内容

本实用新型的目的是针对巷道底板塑性流动变形破坏研究的需要，发明的一种巷道底板变形破坏可视化试验装置，同时提供该装置的试验方法。

一种巷道底板变形破坏可视化试验装置，其特征在于，它包括一个单侧可视的长方形立式箱体，即立式箱体的前侧为部分透明的；立式箱体内装有模拟巷道底板岩体的相似材料模型，模型上方紧贴箱体两侧各布置有加压板，加压板中部上方支撑有凹槽形传力板；压力试验机提供的压力通过传力板传向加压板，为相似材料模型施加压力。

进一步，所述的立式箱体由废弃的混凝土模板拼装而成；箱体后侧由三块垂直放置的模板长边相接堆叠而成；箱体前侧为透明平面挡板，紧贴挡板上下两侧各压有一块模板，前侧模板、挡板以及后侧模板通过高强螺栓依次紧密连接，既能限制模型的径向位移，又便于可视化处理；箱体左右两侧的模板通过水平拉杆连接，并用螺母上紧固定，用以限制底板模型的侧向位移。

进一步，所述的混凝土模板材质为铸铁，每块模板上均有预留的螺栓连接孔。

进一步，所述的透明平面挡板为两侧打有钻孔、厚度为8mm的钢化玻璃板，以便直接观察或采用光学试验方法观察荷载作用下底板岩体相似材料模型的位移状态和变形运动规律；透明平面挡板两侧钻孔的位置与前后两侧模板预留孔的位置一致。

进一步，所述的加压板材质为铸铁，用以模拟巷道两帮，其长度为箱体内部净宽，宽度视模拟巷道的宽度而定，加压板之间的净距即为模拟的巷道宽度。

进一步，所述的传力板材质为铸铁，槽腿支撑在加压板中部，槽背高出箱体顶端50mm，为位移模型加载预留空间。