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专利号: 2020115472848
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高速公路下伏燃烧煤层的模型试验装置,其特征在于,包括模型箱(14),所述模型箱(14)为框架结构,所述模型箱(14)的前后面板为透明板材;

所述模型箱(14)内装载岩土体(5),岩土体(5)的上部覆盖有路基(11),所述路基(11)的横向截面为梯形;岩土体(5)的内部和路基(11)的内部,以及岩土体(5)和路基(11)的接触面设置有彩砂层(7);所述彩砂层(7)平行于地面;所述岩土体(5)的内部设置有型煤模型(6);模型箱(14)的前面板或后面板在型煤模型(6)处开设有空洞(3);

所述路基(11)的上部插装有若干个百分表(8),型煤模型(6)内插装有微型电加热管(9)和若干个热电偶测温仪(10),微型电加热管(9)和热电偶测温仪(10)穿过空洞(3);所述热电偶测温仪(10)沿型煤模型(6)的长度方向及宽度方向均等分分布;

所述微型电加热管(9)在型煤模型(6)的中心位置,微型电加热管(9)垂直于模型箱(14)的前面板;

所述透明板材为有机钢化玻璃;

所述模型箱(14)的框架为型钢材质,模型箱(14)两个侧边设置有卡槽(15),卡槽(15)中放置有活动板(1);

所述百分表(8)按组沿着路基(11)的长度方向排列,百分表(8)相对于模型箱(14)的第一中心面对称,所述第一中心面垂直于模型箱(14)的长度方向,第一中心面在长度的中间,所述第一中心面上设置有一组百分表(8);

每组百分表(8)包括5个百分表(8),路基(11)沿其长度的中心线上设置有一个,路基(11)的两个路缘(11‑1)上各设置有一个,路基(11)的两个斜坡(11‑2)上各设置有一个;

所述两个斜坡(11‑2)上的百分表(8)位于一个平面,所述平面上设置有彩砂层(7)。

2.根据权利要求1所述的一种高速公路下伏燃烧煤层的模型试验装置,其特征在于,所述岩土体(5)内部的彩砂层(7)在型煤模型(6)的上方。

3.一种基于权利要求1‑2任意一项所述装置的高速公路下伏燃烧煤层的模型试验方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,根据研究区域的路基、地层和煤的弹性模量、内聚力和摩擦力和模型箱(14)的尺寸确定相似比;

步骤2,根据研究区域的路基和地层材料,以及相似比,确定模型箱(14)中的路基(11)和岩土体(5)的材料的组成及配比,制备出路基(11)的材料和岩土体(5)的材料;在压制型煤模型(6)的模具中压制型煤模型(6);

步骤3,从模型箱(14)的底部分层填土至标定高度,填土的同时,铺设彩砂层(7),同时将模型箱(14)的两个侧边进行封装;将型煤模型(6)放置在设定位置,将微型电加热管(9)和热电偶测温仪(10)穿过空洞(3)插入在型煤模型(6)中,填土完成后,完成岩土体(5)的制备,铺设彩砂层(7);岩土体(5)完成固结沉降后,填筑路基(11)到标定高度,在中间过程铺设彩砂层(7),路基(11)沉降固结后,在模型箱(14)的上部安装百分表(8),百分表(8)插入在路基(11)中,整个试验模型制备完成;

步骤4,通过微型电加热管(9)加热型煤模型(6),通过百分表(8)记录各个彩砂层(7)的位置,通过摄影系统对彩砂层(7)的位置观测;获得路基(11)表面的沉降位移和模型箱(14)长度方向之间的对应关系,以及路基(11)表面的沉降位移和加热温度之间的关系。

4.根据权利要求3所述的一种高速公路下伏燃烧煤层的模型试验方法,其特征在于,步骤2中,根据地质勘察获得的实际煤层走向的几何尺寸、倾角、厚度和相似比,确定压制型煤模型(6)的模具尺寸。

5.根据权利要求3所述的一种高速公路下伏燃烧煤层的模型试验方法,其特征在于,步骤3中,路基(11)填筑完成后静置10天,使路基(11)进行沉降固结。