专利名称：岩石类材料矩形板弯曲试验加载装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种板的弯曲试验加载装置，尤其是矿山岩石力学领域进行岩石类材料矩形板的弯曲试验加载。
背景技术：
近些年来，由于我国大量民营和个体煤矿的介入，造成浅部煤炭资源掠夺性乱采、 乱挖，形成了数量和范围难以统计的大量浅层采空区隐患工程(一般采深与采厚比小于 30)。随着可利用土地资源的日益减少，许多煤矿采空区逐渐被列为工业和民用建筑场地， 一些公路、桥梁、隧道工程等建(构)物不得不跨越浅部采空区。地下煤炭资源采出后，浅部采空区上覆岩体产生应力重分布、导致地表产生附加移动和变形，致使地表建(构)筑物沉降、局部开裂、倾斜、直至倒塌等，严重影响和危害着采空区上方建(构)筑物的规划、建设及安全运营。下伏浅部采空区顶板岩层厚度，是露天开采至关重要的安全保障。在采空区上方露天台阶开挖过程中，作业人员和露天大型采掘设备，随时都可能落入采空区内，导致人员伤亡和财产损失。因此，合理确定下伏采空区顶板的安全隔离厚度，对露天矿台阶开挖至关重要。一方面，如果其值选取过大，会导致钻孔数量增加使采空区处理费用增加、生产效益降低；另一方面，如果其值选取过小，则安全隔离厚度不够，作业人员、采掘设备不安全，有可能引发重大人员伤亡与设备财产损失、致使矿山停产等后果。煤系层状沉积地层结构，是煤矿采空区顶板常见的岩体结构类型。由于层状岩体受层理结构面的影响，具有明显的横观各向同性，如考虑采空区顶板层与层之间的相互作用，其变形特征、破坏模式、破断机理更为复杂。因此，进行浅部采空区顶板变形破坏过程与灾变机制研究，是目前工程实践中急待解决的具有挑战性难题。目前，国内外在岩石力学试验中，常常将煤矿采空区顶板简化为梁，主要进行梁的三点弯曲试验，而实际工程则表现为板的破坏，而且是采空区层状组合板的破坏形式，因此，研究设计一种能进行厚板、薄板、以及厚板与薄板组合形式的弯曲试验加载装置，是进行采空区顶板变形破坏过程与灾变机制试验研究的关键。
发明内容为了克服目前岩石力学领域岩梁假设三点弯矩试验，不能有效揭示采空区顶板变形特征、破坏模式和破断机理的不足，本实用新型提供一种岩石类材料矩形板的弯曲试验加载装置，不仅能够进行单一厚板和单一薄板的弯曲试验研究，而且能够实现厚板与薄板的多种组合试验研究，对揭示各类岩板的损伤破断机理有重要理论意义和工程实用价值。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是加载装置主要由三部分组合而成上部为能够实现集中加载的圆板(将均布荷载等效为集中荷载)；中部为螺栓连接钢板组成的加载架；下部为矩形钢板底座，还包括设置在加载架两端可转动的垫支座和带有螺母的四根螺栓。[0008]试验过程第一步，组装加载装置，并将加载装置安放在MTS等力学压力机底端加载承台上；第二步，将加工好的厚岩板、薄岩板或其组合板，放置在加载架两端可转动的垫块上；第三步，调节四根螺栓的螺母，使加载架两侧钢板加紧试验岩板；第四步，在试验岩板上放置加载圆板，将加载圆板的钢球调至试验岩板的形心位置；第五步，利用MTS等力学压力机对加载圆板施加荷载，即能够进行集中点荷载作用下，各类矩形岩板的弯曲试验研究。考虑岩板受水平应力与垂直应力的组合应力作用时，将螺杆上的螺母全部卸掉， 利用油压千斤顶，对加载架两侧的钢板，分别进行侧向等值加载，然后，通过调整垂直荷载与侧向荷载的大小，进行水平应力与垂直应力多种组合应力条件下，各类矩形岩板弯曲试验研究。本实用新型的有益效果是，借助于该加载装置，能够实现均布荷载(等效为集中点荷载)条件下，单一厚板、单一薄板、以及厚板与薄板多种组合形式的弯曲试验研究。能够考虑矿山地质构造应力的作用，实现侧向加载，或进行深部采矿时，考虑不同侧向应力和垂直应力多种组合情况，进行各类矩形岩板的弯曲试验研究。

[0016]
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。[0017]图1是本实用新型结构组成示意图。[0018]图1中(1)上部结构；(2)中部结构；(3)底部结构。[0019]图2是图1中(1)上部结构详细尺寸图。[0020]图2中1-1钢球；1-2圆钢板。[0021]图3是两侧钢板图。[0022]图3中2-1两侧钢板。[0023]图4是图3的A向俯视图。[0024]图5是垫支座图。[0025]图5中2-2活动垫座；2-3固定支座；2-4滚动圆柱。[0026]图6是圆形螺杆螺纹图。[0027]图6中2-5圆形螺杆；2-6螺纹。[0028]图7是图1中(3)底部结构详细尺寸图。[0029]图7中3-1钢板垫板。[0030]图8是矩形厚板设计尺寸图。[0031]图8中4-1矩形厚板。[0032]图9是矩形薄板设计尺寸图。[0033]图9中4-2矩形薄板。
具体实施方式
[0034]第一步，组装加载装置图1，先将底部结构(3)安放在MTS等力学压力机底端加载承台上，然后，将中部结构(2)放置在底部结构(3)之上，图7为底部结构矩形钢板垫板的详细尺寸图；第二步，将图8和图9中矩形岩板4-1、4_2的端部或其组合形式，放置在图5中活动垫座2-2上，固定支座2-3与两侧钢板2-1焊接固定，活动垫座2-2与固定支座2_3通过槽中滚动钢柱连接；第三步，调节图6中圆形螺杆2-5上螺母，使加载架两侧钢板2-1加紧试验岩板；第四步，在试验岩板上放置图2中加载圆钢板，圆钢板1-2内嵌活动钢球1-1，将加载圆板的钢球调至试验岩板的形心位置；第五步，利用MTS等力学压力机对加载圆板施加荷载，即可进行集中点荷载作用下，各类矩形岩板的弯曲试验研究。考虑岩板受水平应力与垂直应力的组合应力作用时，将图6中四根圆形螺杆2-5 上的螺母全部卸掉，利用油压千斤顶，对加载架两侧钢板2-1，分别进行侧向等值加载，然后，通过调整垂直荷载与侧向荷载的大小，能够进行水平应力与垂直应力多种组合应力条件下，各类矩形岩板弯曲试验研究。
权利要求1.岩石类材料矩形板弯曲试验加载装置，其特征在于，该装置主要由三部分组合而成 上部为能够实现集中加载的圆板；中部为螺栓连接钢板组成的加载架；下部为矩形钢板底座；还包括设置在加载架两端可转动的垫支座和带有螺母的四根螺栓。
专利摘要一种能够进行岩石类材料矩形板弯曲试验的加载装置，该装置主要由三部分组合而成上部为能够实现集中加载的圆板；中部为螺栓连接钢板组成的加载架；下部为矩形钢板底座。借助于该加载装置，能够实现均布荷载(等效为集中点荷载)条件下，单一厚板、单一薄板、以及厚板与薄板多种组合形式的弯曲试验研究。也能够考虑矿山地质构造应力的作用，实现侧向加载，或进行深部采矿时，考虑不同侧向应力和垂直应力多种组合情况，进行各类矩形岩板的弯曲试验研究。
文档编号G01N3/20GK202305311SQ20112028462
公开日2012年7月4日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者保罗·黑跟, 王树仁, 程岩 申请人:保罗·黑跟, 王树仁, 程岩