本系统是专为深部井巷工程研发的大型物理模拟试验设备,旨在精准模拟煤矿井巷等地下岩土工程的应力环境与变形规律。系统通过模块化设计与伺服加载技术,解决传统试验装置在三维模拟、边界条件控制及轴对称应力试验方面的不足,为深部井巷支护技术研究、参数优化提供科学的物理模拟手段,可实现长期稳定加载与精准数据采集,保障试验结果与现场实际工况的一致性。
系统由围岩压力施加与保持装置、液压加载与控制系统、试验数据采集系统三部分构成,各部分功能协同,形成完整试验体系。
(一)围岩压力施加与保持装置
1.围压加载机构:核心为5组独立的“half结构”围压加载单元,每组单元由2块直径相等的半圆形弧板(第一围压弧板、第二围压弧板)组成,通过周向紧固螺栓可拆卸连接;相邻单元通过纵向紧固螺栓拼接,确保整体刚度。弧板连接处设定位契口,保证安装定位准确。
2.端盖组件:包括加载端盖与约束端盖,均通过轴向紧固螺栓与围压加载机构连接。加载端盖用于安装轴向油缸,约束端盖限制模型轴向位移,共同保障试验边界条件稳定。
3.加载压头:径向加载压头(弧形)与弧板内弧面贴合,轴向加载压头对应轴向油缸设置,确保载荷均匀传递至试验模型。
(二)液压加载与控制系统
1.执行元件:60只径向加载油缸(每组围压单元布置12只,分两圈等间隔分布)、4只轴向加载油缸(均匀布置于加载端盖),负责向模型施加径向、轴向载荷。
2.控制单元:由液压泵站、电磁换向阀、卸荷针阀、液控单向阀组成,支持分组、分级加载;通过液控单向阀实现系统保压,满足长期试验需求。
3.管路系统:分三路液压管路,分别连接径向油缸、轴向油缸与控制单元,确保油液精准输送与压力控制。
(三)试验数据采集系统
包含应力传感器、位移传感器、数据采集仪及分析软件,可实时采集模型应力、位移数据,与现场实测数据对比,验证试验有效性。
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