柔性均布压力加载装置在模型试验中的应用研究

将研制的新型柔性均布压力加载装置与传统的刚性加载装置分别应用到大型地质力学模型试验中,利用应力不均匀系数对其加载效果进行了量化对比分析。试验结果表明,随着加载压力值与距模型表面距离的增加,不均匀系数减小,压力分布趋于均匀;在模型试验中采用柔性均布压力加载装置,与刚性加载方式相比,其更有利于加载压力在模型体中均匀扩散,产生均匀的应力场,在该试验条件下采用此装置,模型内距模型表面300 mm处应力场已基本达到均匀的状态,模型初始应力施加完后,其仅为0.086,而采用刚性加载方式时其对应的则高达0.283;该装置在距模型表面较近时或加载压力较小时亦能产生较好的均布压力加载效果,如加载压力为0.28 MPa时距模型表面150 mm处仅为0.174,具有减小边界效应影响范围、提高低应力水平下的模型试验精度的作用。

模型试验柔性均布压力加载系统研制及其应用

地质力学模型试验均布压力精确加载是保证试验精度的前提。为此研制了一种新型柔性均布压力加载系统,该系统主要包括液压自动控制系统和柔性均布压力加载装置。液压自动控制系统操作方便,可实现计算机自动控制12路压力精确伺服加、卸载和长期稳压。柔性均布压力加载装置由液压油缸、球铰、刚性推力器和柔性传力橡胶垫块等组成,采用数值方法确定柔性橡胶的厚度为50 mm。该系统应用到表面不平的模型加载中并与刚性加载进行了对比。试验结果表明,柔性均布压力加载系统相对于刚性加载效果显著,模型内应力场均匀程度取决于橡胶传力垫块的邵氏硬度、加载应力大小和距表面深度。邵氏硬度小的橡胶柔性加载模型内应力场更均匀;且模型应力场随加载应力增大趋于均匀。模型内应力场距加载表面越远越均匀,柔性加载使距加载表面130 mm以下应力场基本保持均匀状态。试验表明,柔性均布压力加载系统有利于提高模型试验加载精度,具有广泛的应用前景。

岩土工程多功能模拟试验装置的研制及应用

岩土工程多功能模拟试验装置由主机与配套装置组成,具有一机多用的特点。利用它可对洞室、洞群、边坡和基坑进行平面地质力学模型试验;对预应力锚索加固的岩体模拟试件进行抗剪强度试验;对混凝土或钢筋混凝土梁进行抗弯强度试验。它具有双向旋转功能,可使模型平面旋转360°,立面旋转35°。由于采用了首次研制成功的活塞式均布压力加载器加载,可在模型块体内产生大范围的均匀应变场,可对模型边界施加均布荷载和阶梯形荷载,并能满足不同侧压系数的要求。在剪切试验中可给出t-u全过程曲线等。6次工程试验结果表明,该装置具有良好的力学性能,可满足大型岩土工程试验研究的需要。

深部厚顶煤巷道大型地质力学模型试验系统研制与应用

为研究深部厚顶煤巷道围岩应力演化规律与变形特征,研制了大型地质力学模型试验系统。该系统由反力装置、柔性均布压力加载装置、数字智能液压控制系统和高精度多元实时监测系统组成,具有可自由拼装、模拟空间大、荷载集度高、边界加载均匀和模拟精度高等特点。以赵楼煤矿3302工作面运输巷为工程背景,通过大量的相似材料配比及力学参数测试,确定了两种不同系列的材料分别模拟砂岩和煤层;设计制作了预应力锚杆(索)、箱型支护梁、钢带及托盘等相似构件;对让压型锚索箱梁支护系统进行了大比尺模型试验研究,得到了深部厚顶煤巷道开挖支护过程中的围岩内部应力演化与变形规律。结果表明,该系统能够较好地进行深井煤巷及其他大型地下硐室开挖支护全过程的模型试验研究。