新型地质力学模型实验系统的研制与应用

为进一步完善地下工程领域模型试验研究手段存在的不足,自主研发了一套新型地质力学模型实验系统,并以某矿煤巷掘进期间围岩变形演化特征研究为依托,通过试验结果与现场实测结果对比,验证了试验系统的可行性与可靠性。采用280个液压作动器实现了多方向主动稳定加载,能够还原地下工程围岩真实应力场分布特征;扩大了有效加载区域,较为显著地降低了尺寸效应与边界条件因素对试验结果精度的影响程度;首次综合采用了EDC伺服液压控制系统、光电编码器及数据实时传输系统,实现了数据实时采集,提高了数据采集准确度。试验结果表明:巷道开挖与支护过程中,模型巷道围岩变形规律与现场实测基本吻合,围岩变形主要特征基本一致,验证了该系统能够较好体现原型巷道围岩动态演化特征,具有一定工程应用价值,为地下工程围岩稳定性研究提供了良好途径。

新型地质力学模型实验系统的研制

针对现有相似模拟实验系统存在的加载架易变形、加载稳定性差且精度低、尺寸效应影响大及实验形式单一等问题,中国矿业大学(北京)最新自主研发出一套大型地质力学模型实验系统,用于高仿真模拟深部建井及巷道开挖等过程。该系统主要包括液压作动器组、分体式加载架、EDC伺服控制系统及数据采集系统:280个液压作动器从四个方向(三个维度)提供主动加载,作动器的方形加载头使模型体受力更为均匀;分体式加载架沿导轨前后移动,支持二向平面应力加载和三向不均匀应力加载;EDC伺服控制系统维持加载稳定,自反馈模式能够实时调整液压加载值;数据采集系统及时收集实验过程中静态、动态应变值,用于后期应力与变形规律分析。验证性实验以煤矿平巷开挖工程为背景,模型体依照相似准则建立,通过对比现场实测数据与实验监测数据,得出新建模型系统性能稳定、加载可靠的结论,具有一定的工程应用价值。