專利名稱：巖石類材料矩形板彎曲試驗(yàn)加載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種板的彎曲試驗(yàn)加載裝置，尤其是礦山巖石力學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行巖石類材料矩形板的彎曲試驗(yàn)加載。
背景技術(shù)：
近些年來，由于我國(guó)大量民營(yíng)和個(gè)體煤礦的介入，造成淺部煤炭資源掠奪性亂采、 亂挖，形成了數(shù)量和范圍難以統(tǒng)計(jì)的大量淺層采空區(qū)隱患工程(一般采深與采厚比小于 30)。隨著可利用土地資源的日益減少，許多煤礦采空區(qū)逐漸被列為工業(yè)和民用建筑場(chǎng)地， 一些公路、橋梁、隧道工程等建(構(gòu))物不得不跨越淺部采空區(qū)。地下煤炭資源采出后，淺部采空區(qū)上覆巖體產(chǎn)生應(yīng)力重分布、導(dǎo)致地表產(chǎn)生附加移動(dòng)和變形，致使地表建(構(gòu))筑物沉降、局部開裂、傾斜、直至倒塌等，嚴(yán)重影響和危害著采空區(qū)上方建(構(gòu))筑物的規(guī)劃、建設(shè)及安全運(yùn)營(yíng)。下伏淺部采空區(qū)頂板巖層厚度，是露天開采至關(guān)重要的安全保障。在采空區(qū)上方露天臺(tái)階開挖過程中，作業(yè)人員和露天大型采掘設(shè)備，隨時(shí)都可能落入采空區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，合理確定下伏采空區(qū)頂板的安全隔離厚度，對(duì)露天礦臺(tái)階開挖至關(guān)重要。一方面，如果其值選取過大，會(huì)導(dǎo)致鉆孔數(shù)量增加使采空區(qū)處理費(fèi)用增加、生產(chǎn)效益降低；另一方面，如果其值選取過小，則安全隔離厚度不夠，作業(yè)人員、采掘設(shè)備不安全，有可能引發(fā)重大人員傷亡與設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失、致使礦山停產(chǎn)等后果。煤系層狀沉積地層結(jié)構(gòu)，是煤礦采空區(qū)頂板常見的巖體結(jié)構(gòu)類型。由于層狀巖體受層理結(jié)構(gòu)面的影響，具有明顯的橫觀各向同性，如考慮采空區(qū)頂板層與層之間的相互作用，其變形特征、破壞模式、破斷機(jī)理更為復(fù)雜。因此，進(jìn)行淺部采空區(qū)頂板變形破壞過程與災(zāi)變機(jī)制研究，是目前工程實(shí)踐中急待解決的具有挑戰(zhàn)性難題。目前，國(guó)內(nèi)外在巖石力學(xué)試驗(yàn)中，常常將煤礦采空區(qū)頂板簡(jiǎn)化為梁，主要進(jìn)行梁的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，而實(shí)際工程則表現(xiàn)為板的破壞，而且是采空區(qū)層狀組合板的破壞形式，因此，研究設(shè)計(jì)一種能進(jìn)行厚板、薄板、以及厚板與薄板組合形式的彎曲試驗(yàn)加載裝置，是進(jìn)行采空區(qū)頂板變形破壞過程與災(zāi)變機(jī)制試驗(yàn)研究的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容為了克服目前巖石力學(xué)領(lǐng)域巖梁假設(shè)三點(diǎn)彎矩試驗(yàn)，不能有效揭示采空區(qū)頂板變形特征、破壞模式和破斷機(jī)理的不足，本實(shí)用新型提供一種巖石類材料矩形板的彎曲試驗(yàn)加載裝置，不僅能夠進(jìn)行單一厚板和單一薄板的彎曲試驗(yàn)研究，而且能夠?qū)崿F(xiàn)厚板與薄板的多種組合試驗(yàn)研究，對(duì)揭示各類巖板的損傷破斷機(jī)理有重要理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是加載裝置主要由三部分組合而成上部為能夠?qū)崿F(xiàn)集中加載的圓板(將均布荷載等效為集中荷載)；中部為螺栓連接鋼板組成的加載架；下部為矩形鋼板底座，還包括設(shè)置在加載架兩端可轉(zhuǎn)動(dòng)的墊支座和帶有螺母的四根螺栓。[0008]試驗(yàn)過程第一步，組裝加載裝置，并將加載裝置安放在MTS等力學(xué)壓力機(jī)底端加載承臺(tái)上；第二步，將加工好的厚巖板、薄巖板或其組合板，放置在加載架兩端可轉(zhuǎn)動(dòng)的墊塊上；第三步，調(diào)節(jié)四根螺栓的螺母，使加載架兩側(cè)鋼板加緊試驗(yàn)巖板；第四步，在試驗(yàn)巖板上放置加載圓板，將加載圓板的鋼球調(diào)至試驗(yàn)巖板的形心位置；第五步，利用MTS等力學(xué)壓力機(jī)對(duì)加載圓板施加荷載，即能夠進(jìn)行集中點(diǎn)荷載作用下，各類矩形巖板的彎曲試驗(yàn)研究?？紤]巖板受水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的組合應(yīng)力作用時(shí)，將螺桿上的螺母全部卸掉， 利用油壓千斤頂，對(duì)加載架兩側(cè)的鋼板，分別進(jìn)行側(cè)向等值加載，然后，通過調(diào)整垂直荷載與側(cè)向荷載的大小，進(jìn)行水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力多種組合應(yīng)力條件下，各類矩形巖板彎曲試驗(yàn)研究。本實(shí)用新型的有益效果是，借助于該加載裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)均布荷載(等效為集中點(diǎn)荷載)條件下，單一厚板、單一薄板、以及厚板與薄板多種組合形式的彎曲試驗(yàn)研究。能夠考慮礦山地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力的作用，實(shí)現(xiàn)側(cè)向加載，或進(jìn)行深部采礦時(shí)，考慮不同側(cè)向應(yīng)力和垂直應(yīng)力多種組合情況，進(jìn)行各類矩形巖板的彎曲試驗(yàn)研究。

[0016]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。[0017]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)組成示意圖。[0018]圖1中(1)上部結(jié)構(gòu)；(2)中部結(jié)構(gòu)；(3)底部結(jié)構(gòu)。[0019]圖2是圖1中(1)上部結(jié)構(gòu)詳細(xì)尺寸圖。[0020]圖2中1-1鋼球；1-2圓鋼板。[0021]圖3是兩側(cè)鋼板圖。[0022]圖3中2-1兩側(cè)鋼板。[0023]圖4是圖3的A向俯視圖。[0024]圖5是墊支座圖。[0025]圖5中2-2活動(dòng)墊座；2-3固定支座；2-4滾動(dòng)圓柱。[0026]圖6是圓形螺桿螺紋圖。[0027]圖6中2-5圓形螺桿；2-6螺紋。[0028]圖7是圖1中(3)底部結(jié)構(gòu)詳細(xì)尺寸圖。[0029]圖7中3-1鋼板墊板。[0030]圖8是矩形厚板設(shè)計(jì)尺寸圖。[0031]圖8中4-1矩形厚板。[0032]圖9是矩形薄板設(shè)計(jì)尺寸圖。[0033]圖9中4-2矩形薄板。
具體實(shí)施方式
[0034]第一步，組裝加載裝置圖1，先將底部結(jié)構(gòu)(3)安放在MTS等力學(xué)壓力機(jī)底端加載承臺(tái)上，然后，將中部結(jié)構(gòu)(2)放置在底部結(jié)構(gòu)(3)之上，圖7為底部結(jié)構(gòu)矩形鋼板墊板的詳細(xì)尺寸圖；第二步，將圖8和圖9中矩形巖板4-1、4_2的端部或其組合形式，放置在圖5中活動(dòng)墊座2-2上，固定支座2-3與兩側(cè)鋼板2-1焊接固定，活動(dòng)墊座2-2與固定支座2_3通過槽中滾動(dòng)鋼柱連接；第三步，調(diào)節(jié)圖6中圓形螺桿2-5上螺母，使加載架兩側(cè)鋼板2-1加緊試驗(yàn)巖板；第四步，在試驗(yàn)巖板上放置圖2中加載圓鋼板，圓鋼板1-2內(nèi)嵌活動(dòng)鋼球1-1，將加載圓板的鋼球調(diào)至試驗(yàn)巖板的形心位置；第五步，利用MTS等力學(xué)壓力機(jī)對(duì)加載圓板施加荷載，即可進(jìn)行集中點(diǎn)荷載作用下，各類矩形巖板的彎曲試驗(yàn)研究?？紤]巖板受水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的組合應(yīng)力作用時(shí)，將圖6中四根圓形螺桿2-5 上的螺母全部卸掉，利用油壓千斤頂，對(duì)加載架兩側(cè)鋼板2-1，分別進(jìn)行側(cè)向等值加載，然后，通過調(diào)整垂直荷載與側(cè)向荷載的大小，能夠進(jìn)行水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力多種組合應(yīng)力條件下，各類矩形巖板彎曲試驗(yàn)研究。
權(quán)利要求1.巖石類材料矩形板彎曲試驗(yàn)加載裝置，其特征在于，該裝置主要由三部分組合而成 上部為能夠?qū)崿F(xiàn)集中加載的圓板；中部為螺栓連接鋼板組成的加載架；下部為矩形鋼板底座；還包括設(shè)置在加載架兩端可轉(zhuǎn)動(dòng)的墊支座和帶有螺母的四根螺栓。
專利摘要一種能夠進(jìn)行巖石類材料矩形板彎曲試驗(yàn)的加載裝置，該裝置主要由三部分組合而成上部為能夠?qū)崿F(xiàn)集中加載的圓板；中部為螺栓連接鋼板組成的加載架；下部為矩形鋼板底座。借助于該加載裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)均布荷載(等效為集中點(diǎn)荷載)條件下，單一厚板、單一薄板、以及厚板與薄板多種組合形式的彎曲試驗(yàn)研究。也能夠考慮礦山地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力的作用，實(shí)現(xiàn)側(cè)向加載，或進(jìn)行深部采礦時(shí)，考慮不同側(cè)向應(yīng)力和垂直應(yīng)力多種組合情況，進(jìn)行各類矩形巖板的彎曲試驗(yàn)研究。
文檔編號(hào)G01N3/20GK202305311SQ20112028462
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者保羅·黑跟, 王樹仁, 程巖 申請(qǐng)人:保羅·黑跟, 王樹仁, 程巖