用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置及使用方法与流程

技术特征：
1.一种用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置，包括用于承托地质模型的支撑机构(1)，所述支撑机构(1)上形成有用于容纳地质模型的试验空间(2)，其特征在于，所述试验空间(2)的顶部和相对两侧分别固定设置有顶部反力板(3)和侧向反力板(4)，所述顶部反力板(3)上螺纹连接有至少一个顶部加载螺栓(5)，所述顶部加载螺栓(5)的下端抵接有顶部加载板(6)，通过旋转所述顶部加载螺栓(5)推动所述顶部加载板(6)从竖直方向向下压紧所述试验空间(2)内的地质模型，各个所述侧向反力板(4)上分别螺纹连接有若干个竖向排列的侧向加载螺栓(7)，各个侧向加载螺栓(7)的内端分别抵接有侧向加载板(8)，各个侧向加载螺栓(7)的外端分别传动连接有侧向加载轮(9)，各个所述侧向加载轮(9)相互联动旋转并且直径从上往下依次递减，通过转动其中一个侧向加载螺栓(7)驱使各个侧向加载轮(9)联动旋转，并通过各个侧向加载轮(9)的联动旋转连带各个侧向加载螺栓(7)转动，以使各个侧向加载螺栓(7)轴向横移并分别推动各个侧向加载板(8)紧压所述试验空间(2)内的地质模型。2.根据权利要求1所述的用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置，其特征在于，各个所述侧向加载轮(9)分别为链轮，各个侧向加载轮(9)传动连接有第一链条(10)，各个侧向加载轮(9)之间通过所述第一链条(10)构成相互联动。3.根据权利要求2所述的用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置，其特征在于，所述侧向反力板(4)上设置有至少一个张紧链轮(11)，所述张紧链轮(11)与所述第一链条(10)相互链传动并且对所述第一链条(10)施以张紧作用。4.根据权利要求1所述的用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置，其特征在于，所述侧向加载螺栓(7)和顶部加载螺栓(5)分别传动连接有扭矩扳手(12)。5.根据权利要求1所述的用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置，其特征在于，所述顶部加载螺栓(5)和顶部加载板(6)的数量分别为多个并且分别横向排列，各个顶部加载螺栓(5)的上端分别传动连接有顶部加载轮(13)，各个顶部加载轮(13)直径相等并且相互联动旋转。6.根据权利要求5所述的用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置，其特征在于，各个所述顶部加载轮(13)分别为链轮，各个顶部加载轮(13)传动连接有第二链条(14)，各个顶部加载轮(13)之间通过所述第二链条(14)构成相互联动。7.根据权利要求1所述的用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置，其特征在于，所述支撑机构(1)包括若干个支撑腿(15)和底板(16)，各个支撑腿(15)向上支撑所述底板(16)，所述底板(16)用于向上支撑所述试验空间(2)内的地质模型。8.根据权利要求1所述的用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置，其特征在于，各个所述顶部反力板(3)和侧向反力板(4)内分别开设有多个螺孔，所述顶部加载螺栓(5)和侧向加载螺栓(7)分别通过所述螺孔螺纹连接于顶部反力板(3)和侧向反力板(4)。9.根据权利要求1所述的用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置，其特征在于，各个所述侧向加载轮(9)分别为齿轮，各个侧向加载轮(9)之间通过相互啮合构成相互联动，相邻的两个所述侧向加载螺栓(7)的螺纹方向相反，以使各个侧向加载轮(9)在联动旋转的过程中，各个侧向加载螺栓(7)的轴向移动方向一致。10.一种用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置的使用方法，其特征在
于，包括权利要求1～8任一项所述的一种用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置，还包括以下步骤：s1，根据相似材料的配比在试验空间(2)内铺设地质模型；s2，根据地质受力的相似比分别确定试验空间(2)内竖直方向的加载应力和水平方向的加载应力，并计算水平方向渐变应力的确切变化关系；s3，将各个顶部加载螺栓(5)、顶部加载轮(13)以及顶部加载板(6)分别安装到顶部反力板(3)，使顶部加载板(6)从竖直方向向下压紧地质模型，并预设其中一个顶部加载螺栓(5)为主动顶部加载螺栓；s4，将各个侧向加载螺栓(7)、侧向加载轮(9)以及侧向加载板(8)分别安装到相对两侧的侧向反力板(4)，使相对两侧的各个侧向加载板(8)从水平方向共同向内压紧地质模型，并预设其中一个侧向加载螺栓(7)为主动侧向加载螺栓；s5，根据目标加载应力，分别计算对主动顶部加载螺栓和主动侧向加载螺栓应施加的目标加载扭矩；s6，分别使用扭矩扳手旋转主动顶部加载螺栓以及主动侧向加载螺栓，直至扭矩扳手的示数达到目标加载扭矩，卸下扭矩扳手；s7，重复步骤s5和s6，完成对地质模型的顶面以及相对两侧面的应力加载；s8，进行地质模型的开挖，开展地质试验。

技术总结
本发明一种用于实现渐变应力加载的简易地质力学模型试验装置及使用方法，通过旋转顶部加载螺栓推动顶部加载板向下压紧地质模型，在两侧的侧向反力板上分别螺纹连接若干个竖向排列的侧向加载螺栓，各侧向加载螺栓内端分别抵接有侧向加载板，各侧向加载螺栓外端分别传动连接有侧向加载轮，各侧向加载轮相互联动旋转并且直径从上往下依次递减，通过转动其中一个侧向加载螺栓驱使各个侧向加载轮联动，并通过各侧向加载轮的联动旋转连带各侧向加载螺栓转动，以使各侧向加载螺栓轴向横移并分别推动各侧向加载板紧压试验空间内的地质模型。本发明能够在不安装油缸的条件下实现地质力学模型试验的双向加载与水平渐变应力加载，降低设备的高昂成本。低设备的高昂成本。低设备的高昂成本。


技术研发人员：高富强 王晓卿 娄金福 李建忠 杨景贺 杨磊 原贵阳 赵科 曹舒雯 董双勇
受保护的技术使用者：天地科技股份有限公司
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/11/4