三向加载大型三维相似模拟试验制样方法

摘要

本发明公开了一种三向加载大型三维相似模拟试验制样方法，包括以下步骤：（1）使试件箱倾斜；（2）得出预制试件应力测点布置压力传感器的位置；（3）得出各层相似材料的最佳配比；（4）依照次序将各分层装好，直到所有岩层都装到试件箱内；同时，试件内布置传感器，并在试件内设置油囊；（5）待相似材料干燥后，使试件箱回复到水平位置。本发明可模拟井下采掘过程中不同顶板活动阶段时的煤层应力的复杂分布现象，制作大倾角矿层试件更方便、效果更好，可以保证在整个开采过程中，岩体都存于三向应力条件下，可以研究更多工况下的地下空间开挖，降低了整个系统地表上的高度，并且造价更低，系统更稳定。

主权项

一种三向加载大型三维相似模拟试验制样方法，其特征是： 包括以下步骤： (a)使试件箱倾斜，试件箱的倾角等于矿层倾角；所述试件箱包括底座(1)，所述底座(1)的边缘设置有构成正方形的左螺孔带(13)、右螺孔带(14)、前螺孔带(15)和后螺孔带(16)；所述底座(1)在所述左螺孔带(13)处通过螺栓固定连接有左侧板(3)，在所述前螺孔带(15)处通过螺栓固定连接有前侧板(5)；所述右螺孔带(14)与所述左螺孔带(13)之间设置有至少一个第一中间螺孔带(17)；所述后螺孔带(16)与所述前螺孔带(15)之间设置有与所述第一中间螺孔带(17)数量对应、垂直相接的第二中间螺孔带(18)；相接的第一中间螺孔带(17)和第二中间螺孔带(18)与所述左螺孔带(13)和右螺孔带(14)构成正方形；所述右螺孔带(14)或任一所述第一中间螺孔带(17)上通过螺栓固定连接有右侧板(4)；与所述右侧板(14)相接的所述后螺孔带(16)或任一所述第二中间螺孔带(18)上通过螺栓固定连接有后侧板(6)；所述后侧板(6)上设置有传感器接线孔(19)；所述后侧板(6)的外侧间隔固定有第一垫板(31)；所述左侧板(3)的内侧通过螺栓固定连接有左压座(7)；所述左侧板(3)上按均分区域设置有左压套(9)；所述左压座(7)上固定有数量和位置与所述左压套(9)相对应的左压杆(8)；所述左压杆(8)穿出所述左压套(9)；所述前侧板(5)的内侧通过螺栓固定连接有前压座(10)；所述前侧板(5)上按均分区域设置有前压套(11)；所述前压座(10)上固定有数量和位置与所述前压套(11)相对应的前压杆(12)；所述前压杆(12)穿出 所述前压套(11)；所述左压座(7)与所述前压座(10)间隔设置； (b)对岩层压力分布规律进行数值模拟，根据模拟结果，得出预制试件应力测点布置压力传感器的位置； (c)按照几何相似比、容重相似比、应力相似比以及强度相似比计算出模型岩石的容重、抗压强度、开挖速度等力学性质参数，通过河砂、石膏、碳酸钙以不同的比例与适量的水搅拌均匀，制作成多个标准试件并在自然状态下风干，对标准试件的单轴抗压强度进行测定，根据强度相似比计算出的抗压强度与不同配比的一系列单轴抗压强度对比，得出各层相似材料的最佳配比； (d)根据各分层的最佳配比和容重，计算出各分层材料所需质量，称出相应配料的质量，将各种配料搅拌均匀，再加入适量水，立即进行搅拌，防止凝结；搅拌均匀后，将配料送入试件箱内，并夯实；在模拟矿层分层之间的表面上均匀地铺一层云母粉作为分层弱面，用壁刀将表面抹平，同时在各分层的指定位置插上测标；依照次序将各分层装好，直到所有岩层都装到试件箱内； (e)步骤(d)中，根据步骤(b)的结果在试件内布置传感器，并在试件内设置油囊模拟煤层，通过充油量控制模拟煤层的厚度，通过泄油模拟煤层开挖； (f)待相似材料干燥后，使试件箱回复到水平位置。