复杂环境支护体系力学性能试验系统技术方案

本发明专利技术公开了复杂环境支护体系力学性能试验系统，涉及地下工程试验技术领域，包括设于支撑架顶部的环境腔室，环境腔室内部与支撑架底部相对安装静力夹持组件，环境腔室和支撑架的交界面设置推力板，环境腔室顶部设有激光发射探头，推力板表面分布若干用于接收激光的激光感应爆炸点；环境腔室内壁还安装有至少一对用于对支护构件施加剪切力的剪切错动模拟器。本发明专利技术能够模拟在极寒、岩爆、冲击、围岩错动、振动等条件下的金属支护杆件的耦合受力状态，并能够实现组合梁支护系统在不同冲击荷载、不同静力荷载条件下的力学性能测试。不同静力荷载条件下的力学性能测试。不同静力荷载条件下的力学性能测试。

【技术实现步骤摘要】
复杂环境支护体系力学性能试验系统


[0001]本专利技术涉及地下工程试验
，尤其涉及复杂环境支护体系力学性能试验系统。

技术介绍

[0002]随着地下工程的快速发展，面临的地质条件更加复杂，极寒、岩爆、冲击等灾害不断出现，在复杂的地质条件下支护系统将面临更加严峻的挑战，为研究复杂地质条件下支护体系的力学性能，优化支护参数，指导支护材料选择，需模拟复杂环境，测定相关力学参数。
[0003]目前的室内试验装置存在以下问题：无法实现杆件支护结构多种耦合受力状态下的动态模拟；由自由落体产生的冲击荷载，其荷载大小和速度有限；试验装备主要针对单一构件，缺少针对组合支护构件的试验装置。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供复杂环境支护体系力学性能试验系统，能够模拟在极寒、岩爆、冲击、围岩错动、振动等条件下的金属支护杆件的耦合受力状态，并能够实现组合梁支护系统在不同冲击荷载、不同静力荷载条件下的力学性能测试。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]本专利技术的实施例提供了复杂环境支护体系力学性能试验系统，包括设于支撑架顶部的环境腔室，环境腔室内部与支撑架底部相对安装静力夹持组件，环境腔室和支撑架的交界面设置推力板，环境腔室顶部设有激光发射探头，推力板表面分布若干用于接收激光的激光感应爆炸点；环境腔室内壁还安装有至少一对用于对支护构件施加剪切力的剪切错动模拟器。
[0007]作为进一步的实现方式，所述环境腔室内壁分布若干高能粒子流发射器，用于使悬空位置设定点处爆炸。
[0008]作为进一步的实现方式，每对剪切错动模拟器呈交错式布置。
[0009]作为进一步的实现方式，还包括电磁动静载加压装置，电磁动静载加压装置安装于相邻环境腔室之间。
[0010]作为进一步的实现方式，所述电磁动静载加压装置包括多个静力油缸，每个静力油缸端部连接加压端头；所述静力油缸连接加载端头的一端设置瞬变电磁模块。
[0011]作为进一步的实现方式，每个静力油缸分别由不同油路单独控制，各瞬变电磁模块分别单独控制。
[0012]作为进一步的实现方式，调整瞬变电磁模块的正负极以切换磁吸力和磁斥力。
[0013]作为进一步的实现方式，所述环境腔室安装气体入口。
[0014]作为进一步的实现方式，所述静力夹持组件通过扭转模块连接环境腔室或支撑架。
[0015]本专利技术的有益效果如下：
[0016]本专利技术的环境腔室内安装推力板，推力板分布有若干激光感应爆炸点，环境腔室顶部设置激光发射探头，激光感应爆炸点通过接受激光发射探头所发射的激光实现推力板定点位置的爆炸；环境腔室侧壁设置高能粒子流发射器，过调整粒子流能量、发射角度和发射速度，完成悬空位置某点处的爆炸；环境腔室设置静力夹持组件、剪切错动模拟器，二者配合实现剪切错动模拟；该装置能够实现支护杆件的不同环境下的不同受力形式的模拟。
[0017]本专利技术设置电磁动静载加压装置，通过多个静力油缸实现静态均布荷载模拟静载加载时，瞬变电磁模块中为异性电极；通过某一路静力油缸先施加压力，其他油缸根据设计顺序依次加压实现静态不均匀荷载模拟；当模拟荷载为冲击荷载时，静力油缸不启动工作，通过改变瞬变电磁模块中的正负极，使得磁吸力瞬间变为磁斥力，将加载端头以一定初速度斥离，实现冲击荷载模拟，冲击荷载大小通过调整瞬变电磁模块中的电流大小来实现磁斥力的强弱调节，以此达到模拟不同冲击荷载的效果。
附图说明
[0018]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0019]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的试验装置结构示意图；
[0020]图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的试验系统主视图；
[0021]图3是本专利技术根据一个或多个实施方式的试验系统立体图；
[0022]图4是本专利技术根据一个或多个实施方式的剪切错动模拟器结构示意图。
[0023]其中，1、激光发射探头，2、剪切错动模拟器，2
‑
1、剪切头，2
‑
2、剪切油缸，2
‑
3、剪切传力杆，3、环境腔室，4、静力夹持组件，5、扭矩盘，6、气体入口，7、推力板，8、激光感应爆炸点，9、高能粒子流发射器，10、静力油缸，11、加压端头，12、瞬变电磁模块，13、滑轨，14、托梁。
具体实施方式
[0024]实施例一：
[0025]本实施例提供了复杂环境支护体系力学性能试验系统，能够测定单一锚杆索、金属网、梁等单一支护构件及组合支护构件的力学性能，其系统各部分也能单独作为相应力学性能测试的构件。
[0026]如图1所示，包括环境腔室3、支撑架、推力板7、静力夹持组件4等，支撑架设于环境腔室3底部，括环境腔室3与支撑架的交界面安装推力板7，使环境腔室3与腔室主体结构形成封闭腔室。
[0027]环境腔室3可以为任意形状，例如长方体腔室，只要能够容纳支护构件即可。本实施例的支护构件为金属支护杆件，即以金属支护杆件为试验对象。
[0028]试验时，支护杆件沿竖向贯穿推力板7，支护杆件的两端均通过静力夹持组件4夹持固定，其中一个静力夹持组件4安装于环境腔室3顶部，另一个静力夹持组件4安装于支撑架底部，即两个静力夹持组件4相对设置；静力夹持组件4可采用现有夹爪或夹具实现。
[0029]为了配合剪切错动模拟，静力夹持组件4通过扭转模块连接环境腔室3或支撑架。
在本实施例中，扭转模块包括扭矩盘5、与扭矩盘5相连的动力源，动力源可以采用电机或其他旋转动力源。
[0030]环境腔室3内壁还安装有至少一对剪切错动模拟器2，本实施例以一对对剪切错动模拟器2为例，即其中一个剪切错动模拟器2安装于环境腔室3一侧内壁，另一个剪切错动模拟器2安装于环境腔室3另一侧内壁；且二者沿竖向(支护杆件轴向)错开一定距离分布。
[0031]如图4所示，剪切错动模拟器2包括依次连接的剪切油缸2
‑
2、剪切传力杆2
‑
3和剪切头2
‑
1，通过剪切油缸2
‑
2向剪切头2
‑
1提供推动力。在本实施例中，剪切头2
‑
1的工作面(对应于金属杆件的一侧表面)为弧形结构，以与金属杆件表面贴合。金属杆件两侧的剪切错动模拟器2沿轴向错开一定距离，以满足剪切错动要求。
[0032]如图1所示，推力板7表面分布有若干激光感应爆炸点8，环境腔室3顶部设有激光发射探头1，激光感应爆炸点8通过接受激光发射探头1所发射的激光实现推力板7定点位置的爆炸。
[0033]在本实施例中，激光感应爆炸点8可以通过以下方式实现：设置混有炸药的吸收层材料，经激光照射后引起材料汽化产生冲击波，激光的热效应和冲击波效应使吸收层的炸药发生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.复杂环境支护体系力学性能试验系统，其特征在于，包括设于支撑架顶部的环境腔室，环境腔室内部与支撑架底部相对安装静力夹持组件，环境腔室和支撑架的交界面设置推力板，环境腔室顶部设有激光发射探头，推力板表面分布若干用于接收激光的激光感应爆炸点；环境腔室内壁还安装有至少一对用于对支护构件施加剪切力的剪切错动模拟器。2.根据权利要求1所述的复杂环境支护体系力学性能试验系统，其特征在于，所述环境腔室内壁分布若干高能粒子流发射器，用于使悬空位置设定点处爆炸。3.根据权利要求1所述的复杂环境支护体系力学性能试验系统，其特征在于，每对剪切错动模拟器呈交错式布置。4.根据权利要求3所述的复杂环境支护体系力学性能试验系统，其特征在于，所述剪切错动模拟器包括依次连接的剪切油缸、剪切传力杆和剪切头。5.根据权利要求1所述的复杂环境支护体系力学性能试验系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，马玉琨，孙晓明，高红科，杨军，刘冬桥，
申请(专利权)人：山东大学北京力岩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：