(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210798116.9 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 中煤科工生态 环境科技有限公司 地址 300456 天津市滨 海新区天津自贸试 验区 （东疆保税港区） 澳洲路6262 号查 验库办公区202室 申请人 华北科技学院 (72)发明人 郭轲轶　易四海　王波　李悦　 李星　任永政　曹新款　王大为　 方军　朱伟　郑志刚　 (74)专利代理 机构 北京冠榆知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 11666 专利代理师 朱亚琦 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01)G01N 3/12(2006.01) G01N 33/24(2006.01) (54)发明名称 一种简便加载水平力的相似模拟试验装置 和试验方法 (57)摘要 本发明公开简便加载水平力的相似模拟试 验装置及试验方法， 包括底座、 左立架、 右立架、 横梁和分体式侧护板， 左立架和右立架分别安装 在所述底 座的左右两侧， 横梁的两端分别安装在 左立架和所述右立架的上端， 所述分体式侧护板 的两端分别与左立架和右立架可拆卸连接， 前面 的分体式侧护板、 后面的分体式侧护板、 左立架、 右立架和底 座围成相似模拟空间； 相似模拟材料 与左立架之间、 相似模拟材料与右立架之间均设 置有水平加载组件。 利用水平加载组件替代加载 铁板， 利用手动加压球或加压泵替代质量大体积 大的液压 缸， 使得驱动更加灵活、 简便， 根据现成 实际情况灵活补气或者放气， 可实现相似模拟空 间内的不同高度的相似模拟岩层分级加载水平 力。 权利要求书2页 说明书7页 附图8页 CN 115184134 A 2022.10.14 CN 115184134 A 1.一种简便加载水平力的相似模拟试验装置， 其特征在于， 包括底座(1)、 左立架(2)、 右立架(3)、 横梁(4)和分体式侧护板(5)， 所述左立架(2)和所述右立架(3)分别安装在所述 底座(1)的左右两侧， 所述横梁(4)的两端分别安装在所述左立架(2)和所述右立架(3)的上 端， 所述分体式侧护板(5)的两端分别与所述左立架(2)和所述右 立架(3)可拆卸连接， 前面 的所述分体式侧护板(5)、 后面的所述分体式侧护板(5)、 所述左立架(2)、 所述右立架(3)和 所述底座(1)围成相似 模拟空间(6)， 相似 模拟空间(6)内部布置相似 模拟材料； 相似模拟材料与左立架(2)之间、 相似模拟材料与右立架(3)之间均设置有水平加载组 件。 2.根据权利要求1所述的简便加载水平力的相似模拟试验装置， 其特征在于， 所述水平 加载组件包括槽钢(11)和水平力加载气袋(7)； 所述槽钢(11)为U型槽钢； 左侧： 槽钢(11)的 U型腿抵顶在左立架(2)上， 槽钢(11)的U型槽底抵顶在相似模拟材料上； 右侧： 槽钢(11)的U 型腿抵顶在右 立架(3)上， 槽钢(11)的U型槽底抵顶在相似模拟材料上； 在槽钢(11)的U 型槽 内设有水平力加载气袋(7)； 左侧槽钢(1 1)和右侧槽钢(1 1)的内侧铺设相似 模拟材料。 3.根据权利要求2所述的简便加载水平力的相似模拟试验装置， 其特征在于， 上下相邻 的槽钢(1 1)之间设有金属管(12)， 金属管(12)的外径为5 ‑10mm。 4.根据权利要求3所述的简便加载水平力的相似模拟试验装置， 其特征在于， 所述水平 加载气袋(7)膨胀后， 水平加载气袋(7)与槽钢(1 1)的U型槽 接触的面积大于等于 50％。 5.根据权利要求1所述的简便加载水平力的相似模拟试验装置， 其特征在于， 所述水平 加载组件包括矩形外筒(14)、 矩形内筒(15)和水平力加载气袋(7)； 矩形内筒(15)封口端通 过安装块与左立架(2)或者右立架(3)固定连接； 矩形内筒(15)开口端自矩形外筒(14)的开 口端伸入到矩形外筒(14 )内， 矩形外筒(14 )的封口端抵顶在相似模拟材料上； 矩形内筒 (15)的内宽小于矩形外筒(14)的内宽； 矩形内筒(15)的内高小于矩形外筒(14)的内高； 在 矩形外筒(14)和矩形内筒(15)所围成的空间内设有水平力加载气袋(7)。 6.根据权利要求5所述的简便加载水平力的相似模拟试验装置， 其特征在于， 矩形外筒 (14)的底部外壁上沿开口端至封口端开设有半球形槽(14 ‑1)； 矩形外筒(14)的顶部外壁上 开设有上半球型孔， 并通过带有 下半球型孔的固定板(14 ‑3)将钢球(14 ‑2)置于上半球型孔 与下半球型孔围成的空间内； 钢球(14 ‑2)的顶部突出矩形外筒(14)的顶部外壁， 伸入到上 方相邻的矩形外筒(14)的底部外壁的半球形槽(14 ‑1)内； 钢球(14 ‑2)的底部突出固定板 (14‑3)并伸入到矩形内筒(15)顶部外壁上沿开口端至封口端开设的半球形的滑槽(15 ‑1) 内， 钢球(14 ‑2)在上半球型孔与下半球型孔围成的球形空间内转动， 使 得矩形外筒(14)、 矩 形内筒(15)形成相对运动。 7.根据权利要求6所述的简便加载水平力的相似模拟试验装置， 其特征在于， 位于最下 层的矩形外筒(14)和最下层的矩形内筒(15)， 最下层的矩形外筒(14)的底部外壁上开设有 下半球型孔， 并通过带有上半球型孔的固定板(14 ‑3)将钢球(14 ‑2)置于上半球型孔与下半 球型孔围成的空间内； 钢球(14 ‑2)的顶部突出固定板(14 ‑3)并伸入到最下层的矩形内筒 (15)底部外壁上沿开口端至封口端开设的半球形的滑槽(15 ‑1)内转动， 钢球(14 ‑2)的底部 突出最下层的矩形外筒(14)的底部 外壁与底座(1)滑动连接 。 8.根据权利要求2或5任一所述的简便加载水平力的相似模拟试验装置， 其特征在于， 所述水平力加载气袋(7)的进气口通过导气管与逆止阀(8)流出端连接， 逆止阀(8)的流入权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115184134 A 2端与加压 设备连接； 在 逆止阀(8)与加压 设备的导气管上设有压力表(10)， 所述加压 设备为 手动加压球(9)和/或气压泵。 9.如权利要求1 ‑8任一所述的简便加载水平力的相似模拟试验装置的试验方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (A)搭建相似 模拟试验 装置： 组装底座(1)、 左立架(2)、 右立架(3)和横梁(4)； (B)在左立架(2)和右立架(3)的内侧放置水平加载组件， 左侧水平加载组件和右侧水 平加载组件的内侧铺设相似 模拟材料； (C)布置水平加载组件内的水平力加载气袋(7)管路： 所述水平力加载气袋(7)的进气 口通过导气管与逆止阀(8)流出端 连接， 逆止阀(8)的流入端与加压 设备连接； 在逆止阀(8) 与加压设备的导气管 上设有压力表(10)； (D)相似模拟材料铺设完毕后， 通过加压设备对水平力加载气袋(7)进行充气， 对不同 高度的相似 模拟岩层施加不同水平压力， 实现分级加压 。 10.根据权利要求9所述的简便加载水平力的相似模拟试验装置的试验方法， 其特征在 于， 所述加压设备为手动加压球(9)和/或气压泵。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115184134 A 3