本發(fā)明涉及一種用于相似材料模擬試驗(yàn)的材料壓實(shí)裝置及使用方法，尤其適用于采礦工程及巖土工程領(lǐng)域中的相似材料模擬試驗(yàn)。

背景技術(shù)：

相似材料模擬試驗(yàn)是用與天然巖石（土）物理力學(xué)性質(zhì)相似的人工材料，按礦山等地質(zhì)條件的實(shí)際原型，科學(xué)地遵循一定比例縮小做成模型，然后在模型中進(jìn)行巷道開(kāi)挖、采煤工作面回采等以模擬采場(chǎng)活動(dòng)，觀察巖層的移動(dòng)、變形和破壞等情況，推測(cè)現(xiàn)場(chǎng)原型中發(fā)生的情況。相似材料模擬試驗(yàn)憑借著清楚直觀的效果，在采礦工程及巖土工程領(lǐng)域的科學(xué)問(wèn)題研究中占有重要的地位。

目前，相似材料模擬試驗(yàn)在模型制作過(guò)程中，材料的壓實(shí)主要采用人工反復(fù)夯實(shí)的方法完成，特別是當(dāng)模型較大時(shí)，這種方法工作量大，耗時(shí)長(zhǎng)，效率低下，而且材料壓實(shí)過(guò)程中難以保證材料的密實(shí)度及平整度達(dá)到預(yù)定要求；操作人員不同時(shí)，材料的密實(shí)度有差異，會(huì)導(dǎo)致成型后模擬巖層的物理力學(xué)特性不能很好的與工程巖體相匹配，試驗(yàn)結(jié)果的可信度較低；另外，相似材料模擬試驗(yàn)中所使用的千斤頂只是用于在所有材料鋪設(shè)完成后對(duì)其施加壓力以模擬上覆巖層的重量，在相似材料模擬試驗(yàn)中并不能得到充分的利用。

現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)相似材料模型制作過(guò)程中材料的壓實(shí)方法，進(jìn)行了一系列技術(shù)改進(jìn)，例如：（1）專(zhuān)利申請(qǐng)CN105388306A公開(kāi)了一種可模擬傾斜巖層的全自動(dòng)相似模擬試驗(yàn)裝置及方法，可替代人工實(shí)現(xiàn)相似材料模擬試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)材料的壓實(shí)。但是，該類(lèi)裝置增加了千斤頂?shù)臄?shù)目，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本和維修成本偏高；壓實(shí)裝置雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但是壓實(shí)范圍有限，為了壓實(shí)全部材料需要往返運(yùn)動(dòng)，使得壓實(shí)材料的時(shí)間大大加長(zhǎng)，難以滿(mǎn)足材料快速壓實(shí)的要求，效率較低；而且由于該裝置在工作過(guò)程中需要像人工方法一樣不斷移動(dòng)對(duì)材料進(jìn)行壓實(shí)，因此無(wú)法確保材料的密實(shí)度及平整度。（2）已有專(zhuān)利CN103728422B公開(kāi)了一種用于相似模擬試驗(yàn)的自移式布料及振實(shí)裝置，雖然可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)材料的振實(shí)，但是該裝置振實(shí)范圍有限，需要像人工方法一樣不斷移動(dòng)對(duì)材料進(jìn)行振實(shí)，效率較低；該裝置屬于獨(dú)立裝置，其結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，制造成本和維修成本過(guò)高，易發(fā)生故障；（3）專(zhuān)利申請(qǐng)CN105353093A公開(kāi)了一種相似材料模擬試驗(yàn)的自動(dòng)鋪料裝置及其使用方法，雖然也可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)材料的壓實(shí)，但是該裝置壓實(shí)范圍有限，仍然需要像人工方法一樣不斷移動(dòng)對(duì)材料進(jìn)行壓實(shí)，效率較低；該裝置也屬于獨(dú)立裝置，而且增加了液壓缸（千斤頂）等裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本和維修成本偏高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題做出改進(jìn)，即本發(fā)明的第一個(gè)目的為一種用于相似材料模擬試驗(yàn)的材料壓實(shí)裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充分利用現(xiàn)有千斤頂?shù)妊b置，實(shí)現(xiàn)方便且成本低，操作簡(jiǎn)便，壓實(shí)速度快，提高了相似材料模型的平整度。本發(fā)明的第二個(gè)目的為提出一種上述的用于相似材料模擬試驗(yàn)的材料壓實(shí)裝置的使用方法，其具有操作簡(jiǎn)單、試驗(yàn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、壓實(shí)效果好等特點(diǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種用于相似材料模擬試驗(yàn)的材料壓實(shí)裝置，其特征在于，它由加壓板，雙作用液壓千斤頂，雙作用液壓千斤頂?shù)鬃?，手搖式螺旋升降器，手搖式螺旋升降器底座組成。其中：

所述加壓板為矩形鋼板，所述矩形鋼板的長(zhǎng)度和寬度均略小于相似材料模擬試驗(yàn)中盛放試驗(yàn)材料槽的長(zhǎng)度和寬度，所述矩形鋼板與所有雙作用液壓千斤頂活塞端頭的表面均焊接在一起。

所述雙作用液壓千斤頂共有多個(gè)，所述雙作用液壓千斤頂活塞朝下，所述雙作用液壓千斤頂固定在雙作用液壓千斤頂?shù)鬃稀?/p>

所述雙作用液壓千斤頂?shù)鬃扇齻€(gè)矩形鋼板焊接而成，一個(gè)矩形鋼板位于相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)中間，其尺寸要求能固定所有的雙作用液壓千斤頂；另外兩個(gè)矩形鋼板分別布置在相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)的兩側(cè)，矩形鋼板的一側(cè)與設(shè)在相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)中間的矩形鋼板的一側(cè)焊接在一起，矩形鋼板的形狀呈“回”字狀，空心處穿過(guò)相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)兩側(cè)的支架，在與手搖式螺旋升降器絲杠對(duì)應(yīng)的部位設(shè)有與手搖式螺旋升降器絲杠相配合的內(nèi)螺紋通孔。

所述手搖式螺旋升降器設(shè)在相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)的兩側(cè)，所述手搖式螺旋升降器底座設(shè)有內(nèi)螺紋通孔，相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)底座位于相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)兩側(cè)，其上方與手搖式螺旋升降器底座上的內(nèi)螺紋通孔對(duì)應(yīng)的位置也設(shè)有內(nèi)螺紋通孔，所述內(nèi)螺紋通孔通過(guò)與螺釘?shù)呐浜蠈⑹謸u式螺旋升降器固定在相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)底座的上方。

一種上述的用于相似材料模擬試驗(yàn)的材料壓實(shí)裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）在相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)盛放試驗(yàn)材料的槽內(nèi)加入預(yù)先配置好的試驗(yàn)材料；

（2）操縱手搖式螺旋升降器，使加壓板和雙作用液壓千斤頂在雙作用液壓千斤頂?shù)鬃膸?dòng)下下降到試驗(yàn)材料上方合適的位置；

（3）操縱雙作用液壓千斤頂，使雙作用液壓千斤頂?shù)幕钊磸?fù)上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)加壓板反復(fù)壓實(shí)試驗(yàn)材料，不同試驗(yàn)材料通過(guò)調(diào)節(jié)雙作用液壓千斤頂油壓的大小改變密實(shí)度；

（4）在一層試驗(yàn)材料壓實(shí)完成后，操縱手搖式螺旋升降器，使加壓板和雙作用液壓千斤頂在雙作用液壓千斤頂?shù)鬃膸?dòng)下上升到試驗(yàn)材料上方合適的位置，再向盛放試驗(yàn)材料的槽內(nèi)加入另一模擬巖層的試驗(yàn)材料；

（5）重復(fù)上述第三、四步，直至整個(gè)相似材料模型的壓實(shí)工作全部完成。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明充分利用了現(xiàn)有相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)中的液壓千斤頂，液壓千斤頂為雙作用液壓千斤頂，復(fù)位速度快，壓力大，可以滿(mǎn)足對(duì)試驗(yàn)材料反復(fù)加壓的要求，對(duì)材料的壓實(shí)效果好；

2、本發(fā)明中加壓板的長(zhǎng)度和寬度略小于相似材料模擬試驗(yàn)中盛放試驗(yàn)材料的槽的長(zhǎng)度和寬度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)槽內(nèi)試驗(yàn)材料的全部加壓，壓實(shí)范圍大，不需要像人工方法一樣不斷移動(dòng)對(duì)材料進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)速度快，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了試驗(yàn)效率；

3、本發(fā)明可大幅提高相似材料模型的平整度，可以滿(mǎn)足不同巖層對(duì)試驗(yàn)材料密實(shí)度的要求，增強(qiáng)了試驗(yàn)結(jié)果的可信度；

4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，機(jī)動(dòng)性高，便于操縱，制造成本低，安裝與拆卸方便，維修成本低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖中：1-加壓板，2-雙作用液壓千斤頂，3-雙作用液壓千斤頂?shù)鬃?-內(nèi)螺紋通孔，5-手搖式螺旋升降器，6-手搖式螺旋升降器底座，7-螺釘。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種用于相似材料模擬試驗(yàn)的材料壓實(shí)裝置及使用方法，為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點(diǎn)更清楚、明確，以下將結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1~圖2所示，一種用于相似材料模擬試驗(yàn)的材料壓實(shí)裝置，包括加壓板1，雙作用液壓千斤頂2，雙作用液壓千斤頂?shù)鬃?，手搖式螺旋升降器5，手搖式螺旋升降器底座6。

所述加壓板1為矩形鋼板，所述矩形鋼板的長(zhǎng)度和寬度均略小于相似材料模擬試驗(yàn)中盛放試驗(yàn)材料槽的長(zhǎng)度和寬度，所述矩形鋼板與所有雙作用液壓千斤頂1活塞端頭的表面均焊接在一起。

所述雙作用液壓千斤頂2共有多個(gè)，所述雙作用液壓千斤頂2活塞朝下，所述雙作用液壓千斤頂2固定在雙作用液壓千斤頂?shù)鬃?。

所述雙作用液壓千斤頂?shù)鬃?由三個(gè)矩形鋼板焊接而成，一個(gè)矩形鋼板位于相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)中間，其尺寸要求能固定所有的雙作用液壓千斤頂2；另外兩個(gè)矩形鋼板分別布置在相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)的兩側(cè)，矩形鋼板的一側(cè)與設(shè)在相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)中間的矩形鋼板的一側(cè)焊接在一起，矩形鋼板的形狀呈“回”字狀，空心處穿過(guò)相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)兩側(cè)的支架，在與手搖式螺旋升降器5絲杠對(duì)應(yīng)的部位設(shè)有與手搖式螺旋升降器5絲杠相配合的內(nèi)螺紋通孔4。

所述手搖式螺旋升降器5設(shè)在相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)的兩側(cè)，所述手搖式螺旋升降器底座6設(shè)有內(nèi)螺紋通孔，相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)底座位于相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)兩側(cè)，其上方與手搖式螺旋升降器底座6上的內(nèi)螺紋通孔對(duì)應(yīng)的位置也設(shè)有內(nèi)螺紋通孔，所述內(nèi)螺紋通孔通過(guò)與螺釘7的配合將手搖式螺旋升降器5固定在相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)底座的上方。

一種上述的用于相似材料模擬試驗(yàn)的材料壓實(shí)裝置的使用方法，包括以下步驟：

（1）在相似材料模擬試驗(yàn)臺(tái)盛放試驗(yàn)材料槽內(nèi)加入預(yù)先配置好的試驗(yàn)材料；

（2）操縱手搖式螺旋升降器5，使加壓板1和雙作用液壓千斤頂2在雙作用液壓千斤頂?shù)鬃?的帶動(dòng)下下降到試驗(yàn)材料上方合適的位置；

（3）操縱雙作用液壓千斤頂2，使雙作用液壓千斤頂2的活塞反復(fù)上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)加壓板1反復(fù)壓實(shí)試驗(yàn)材料，不同試驗(yàn)材料通過(guò)調(diào)節(jié)雙作用液壓千斤頂2油壓的大小改變密實(shí)度；

（4）在一層試驗(yàn)材料壓實(shí)完成后，操縱手搖式螺旋升降器5，使加壓板1和雙作用液壓千斤頂2在雙作用液壓千斤頂?shù)鬃?的帶動(dòng)下上升到試驗(yàn)材料上方合適的位置，再向盛放試驗(yàn)材料的槽內(nèi)加入另一模擬巖層的試驗(yàn)材料；

（5）重復(fù)上述第三、四步，直至整個(gè)相似材料模型的壓實(shí)工作全部完成。

當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。