(12)--4.1相似材料模型实验架.pptVIP

模型设计与制作步骤

2模型实验架相似材料模拟实验是在模型实验架（台）上进行的，模型架一般由槽钢、角钢、钢板和木板等组成，其结构设计应满足强度和刚度的要求，根据研究的内容和目的所决定的几何相似比确定模型尺寸。目前国内采用的模型架有平面模型架、转体模型架和立体模型架等。

31.平面模型架模型实验架由于所研究的目的不同，相似模型所模拟的范围也各异，因此，平面模型架的规格也有所不同，在平面模型中，用于大范围的模拟研究，主要是用来研究地下采动有关岩石力学的问题。在地下开采过程中，随着工作面的不断向前推进，其所涉及的范围也不断变化，从深度上看，可以达到从地表直到采场所在的深度，在平面上相当于一个采区的开采范围。

4模型实验架根据采动影响的要求，其所模拟的范围至少大于开采空间的3～5倍，因此，模型的尺寸往往有4～5m长，模型是在模型架上建造，于是模型架的尺寸必须满足模拟实验的要求，同时也应满足平面模型的特点。1.平面模型架

5模型实验架（1）随着工作面的推进，其波及的范围与边界条件不断变化，属于“动态”模型，还必须遵循时间相似的要求。（2）涉及的岩体规模较大，受影响的岩层较多。模型架的尺寸必须满足模拟实验的要求，同时也应满足平面模型的特点，即：1.平面模型架

6模型实验架（3）模型上往往要求模拟具有不同力学性质的多层岩石，在同一既有处于弹性状态的岩体，又有处于黏、塑性破坏状态的岩体，因此相似材料的选择、相似常数的确定以及模型上的量测工作都比较复杂。模型架的尺寸必须满足模拟实验的要求，同时也应满足平面模型的特点，即：1.平面模型架

7模型实验架平面模型结构简单，测试方便，但不易满足边界条件相似。平面模型是以一个剖面为基础，可前后两面进行观测，按其两面的约束情况不同又可分为平面应力模型和平面应变模型。图4-1平面模型试验台及数字摄影测量系统1.平面模型架

8模型实验架（1）平面应力模型1）平面应力模型，模型前后无约束，允许侧向变形。2）平面应力模型的边界条件与实际的边界条件差别较大，不过如果模拟的岩层比较坚硬，在垂直暴露面上能保持稳定，那么这种边界条件的不同，对模拟影响不大。1.平面模型架

9模型实验架1）平面应变模型需在模型架前后加玻璃钢板以便限制其侧向变形。2）当模拟深度超过400~500m，铅垂方向的压力达到岩石破坏极限时，模型处于自由状态的前后表面就要因受压而产生破坏，此时应用平面应变模型。3）平面应变模型还适用于模拟松散或弹塑性岩层，这种模型前后表面不能暴露，否则模型在此方向上将发生移动和破坏，故加挡板形成平面应变模型。（2）平面应变模型1.平面模型架

10模型实验架对挡板的要求：1）能限制模型材料的侧向变形。2）不影响模拟岩层的下沉垮落的特点，为此通常在模型材料与挡板之间添加透明的润滑剂以减少摩擦力。3）便于模型进行观测。（2）平面应变模型1.平面模型架

11模型实验架平面模型规格一般为：长1.5~5.0m，宽0.2~0.5m，高1.0~2.0m。模型架的主体一般由24#槽钢和角钢组成，模型架两边上有模孔，以便加固模板，模板用后3cm的钢板制成，为防止装填材料时模板向外凸起，模板架中部可用竖向小槽钢加固。1.平面模型架

12模型实验架1.平面模型架

13模型实验架1.平面模型架

14模型实验架平面模型可用于研究以下问题:1）研究围岩在不同外载作用下的应力场与位移场。2）研究上覆岩层的移动规律。3）研究围岩与支架的相互作用以及巷(隧)道的破坏与变形特性。4）研究不同支护方案，不同施工方法或不同设计方案的最佳选择。1.平面模型架

152.转体模型架模型实验架为了适应研究倾斜岩层模拟实验的需要，应使用平面转体模型架，其特点是模型架的一端装有转轴，可根据需要转动模型架形成一定的倾角，模拟倾斜岩层。

16模型实验架转体模型架的规格，长为1.0~2.0m，宽为0.2~0.5m，高为1.0~2.0m。结构如图4-3所示。图4-3转体模型架2.转体模型架

17模型实验架转体模型可以用于研究以下问题：（1）研究倾斜方向剖面、工作面两侧的压力分布。（2）研究上覆岩层沿倾斜方向的移动规律。（3）研究倾斜巷道围岩变形与破坏的特性。（4）研究倾斜巷道围岩与支架的相互作用。2.转体模型架

183.立体模型架模型实验架研究地下空间三维问题时，需用立体模型，一般说来，立体模型易于满足边界条件，但却难于在模型中进行采掘工作和对模型深部移动、变形和破坏进行观测与记录。图4-4相似材料模型立体试验架

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