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原文传递大型动力冲击三维地质力学模型试验系统及其控制方法

专利名称：	大型动力冲击三维地质力学模型试验系统及其控制方法
摘要：	本发明涉及一种大型动力冲击三维地质力学模型试验系统及其控制方法。该系统包括三维地质力学模型试验箱、钢构加载反力架和动力冲击加载系统，钢构加载反力架底部连接有三维地质力学模型试验箱，三维地质力学模型试验箱上部设置有能够上下移动的动力冲击加载系统，动力冲击加载系统能够砸向三维地质力学模型试验箱。本发明大型动力冲击三维地质力学模型试验系统能够进行冲击加载以及三维动力加载，真实的对实际工程中的动力破坏或冲击破坏进行模拟。
专利类型：	发明专利
申请人：	沈阳工业大学
发明人：	王军祥;崔宁坤;孟津竹;陈四利;徐晨晖;孙港
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T09:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T22:00:00+0805
申请号：	CN202010023687.6
公开号：	CN111189724A
代理机构：	沈阳智龙专利事务所(普通合伙)
代理人：	周智博;宋铁军
分类号：	G01N3/30;G01N33/24;G05B19/042;G;G01;G05;G01N;G05B;G01N3;G01N33;G05B19;G01N3/30;G01N33/24;G05B19/042
申请人地址：	110870 辽宁省沈阳市铁西区经济技术开发区沈辽西路111号
主权项：	1.一种大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：该系统包括三维地质力学模型试验箱（1）、钢构加载反力架（2）和动力冲击加载系统（3），钢构加载反力架（2）底部连接有三维地质力学模型试验箱（1），三维地质力学模型试验箱（1）上部设置有能够上下移动的动力冲击加载系统（3），动力冲击加载系统（3）能够砸向三维地质力学模型试验箱（1）的结构。 2.根据权利要求1所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：三维地质力学模型试验箱（1）包括底板（101）、前后格栅面板（102）和侧面格栅面板（103），前后格栅面板（102）和侧面格栅面板（103）与底板（101）形成一个上开口的方箱型结构，三维地质力学模型试验箱（1）通过底板（101）与钢构加载反力架（2）底部连接，在前后格栅面板（102）的中间部位设置有开挖孔，开挖孔处设置有拆卸格栅面板（104），侧面格栅面板（103）与前后格栅面板（102）之间设置有伸缩缝（106），伸缩缝（106）的宽度决定了前后格栅面板（102）的最大滑行距离。 3.根据权利要求2所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：拆卸格栅面板（104）构成的开挖孔半径为50mm-200mm。 4.根据权利要求2所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：底板（101）上设置有底板导向槽（105），前后格栅面板（102）和侧面格栅面板（103）底端设置有滑动装置（107），滑动装置（107）为能够在底板导向槽（105）内移动的结构。 5.根据权利要求4所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：滑动装置（107）包含滚针轴承（108）、轴承承载支架（109）和中轴钢柱（110），滚针轴承（108）套在中轴钢柱（110）上，中轴钢柱（110）通过轴承承载支架（109）与前后格栅面板（102）或者侧面格栅面板（103）底端连接，滚针轴承（108）能在底板导向槽（105）内移动。 6.根据权利要求1所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：动力冲击加载系统（3）包括冲击加载装置（302）、加载牵引装置（303）和测量装置（305），加载牵引装置（303）包括牵引电机（310），牵引电机（310）设置在钢构加载反力架（2）顶部，牵引电机（310）通过牵引钢绞线（311）与冲击加载装置（302）连接，测量装置（305）连接在冲击加载装置（302）和加载牵引装置（303）上。 7.根据权利要求6所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：冲击加载装置（302）包括刚性加载箱（306）和配重块（307），配重块（307）连接在刚性加载箱（306）上，刚性加载箱（306）上设置有空气阻力消减孔（308），刚性加载箱（306）上两端设置有测量装置（305）和电磁铁（312），电磁铁（312）包括第一电磁铁（312-1）和第二电磁铁（312-2），第一电磁铁（312-1）设置在牵引钢绞线（311）的末端，第二电磁铁（312-2）镶嵌在刚性加载箱（306）上。 8.根据权利要求1所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：无线传输监测系统（4）由无线传输模块（401）、外设模块（402）、数据自动采集模块（403）及电脑终端（404）构成，测量装置（305）连接外设模块（402），外设模块（402）连接数据自动采集模块（403），数据自动采集模块（403）将数据通过无线传输模块（401）传输至电脑终端（404）。 9.根据权利要求1-8任意所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：钢构加载反力架（2）为三维加载反力架，其包括轴向Z方向加载反力架（201）、水平向X方向加载反力架（202）、水平向Y方向加载反力架（203）以及轴向加载导向柱（204），轴向加载导向柱（204）设置有第一电液伺服加载系统（205），X方向加载反力架（202）设置有第二电液伺服加载系统（206），Y方向加载反力架（203）设置有第三电液伺服加载系统（207），Z方向加载反力架（201）、X方向加载反力架（202）和Y方向加载反力架（203）构成完整的三维加载反力架。 10.根据权利要求1所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统的控制方法，其特征在于：步骤1：将大型动力冲击三维地质力学模型试验系统安装好；步骤2：根据现场工程地质资料，得到现场岩土体的工程地质力学参数；步骤3：对试验所用传感器进行标定和试用，保证传感器的灵敏度及可用性；步骤4：依据相似原理，经过反复比选调配，确定出与现场岩土体力学参数相同的相似材料，按照正交试验作正交试验表，将相似材料，制成标准试件、小环刀试件与大环刀试件；步骤5：将上述步骤4中的试件进行基本力学性能的测试，得到主控力学参数，将所得力学参数与现岩土体力学参数进行比对，如果力学参数相同则相似材料研制成功，否则重调配比重复步骤4，直至力学参数符合要求；步骤6：由步骤5得到符合要求的相似材料配比后，将该配比的相似材料进行大量制作，并按照分层控制质量的原则将相似材料装填到三维地质力学模型试验箱（1）中，进行三维地质力学模型的制作；步骤7：当模型制作到一定的高度时，在模型内布置步骤3中标定好的传感器，直至模型制作完成；步骤8：按照相应的规程规范，对模型进行养护；步骤9：当步骤8完成时，依据工程现场资料对冲击试验的冲击量进行计算，通过调整配重块（307）的数量来调整冲击加载装置（302）的质量，通过调整冲击加载装置（302）的下落高度来调整冲击时的速度，并由此来设置冲击量的大小；计算出配重块（307）的数量和冲击加载装置（302）下落高度，并将配重块（307）固定在冲击加载装置（302）上；步骤10：当步骤9完成时，将无线传输监测系统（4）与测量装置（5）相连接，并调试相应参数并启动监测；步骤11：按照预设围压值，利用四周安装的电液伺服加载系统对隧道模型施加围压；步骤12：将牵引钢绞线（311）中部的第一电磁铁（312-1）与冲击加载装置（302）上的第二电磁铁（312-2）相对应，并由电脑终端（404）控制电磁铁开关，并检查电磁铁（312）是否准确对应并相互吸引；步骤13：步骤12完成后，由电脑终端（404）打开测量装置（305）和牵引电机（310）控制开关，使牵引电机（310）缓慢匀速的将冲击加载装置（302）提升至步骤9中的预定高度，关闭牵引电机（310）；步骤14：步骤13完成后，由电脑终端（404）同时关闭电磁铁（312）控制开关，冲击加载装置（302）瞬间降落，对三维地质力学模型试验箱（1）内的模型进行冲击加载；步骤15：步骤14完成的同时，通过采集到的数据自动采集模块（403）采集监测，并通过无线传输模块（401）将数据进行远程无线传输到电脑终端（404），并达到数据无线共享；步骤16：步骤15完成后，一次完整的大型三维地质力学模型动力冲击试验结束，如若进行多次动力冲击试验可重复进行步骤1～步骤15。
所属类别：	发明专利