岩土工程相似材料试验模型加载系统：结构、功能与应用综述

杭州邦威机电控制工程有限公司与东北大学深部金属矿智能开采与装备全国重点实验室联合研制的岩土工程相似材料试验模型加载系统

系统功能：

对相似材料模型均匀施加深部岩体三维应力，满足模拟开挖条件下稳定加载，要求物理模拟失稳阶段具有良好的边界条件保持能力。具有良好的数据接口和扩展能力。具体如下：

1.模拟地层压力，实现自重压力模拟、互相垂直的两个水平方向的压力模拟，即三维加载方式；

2.地下工程施工过程包括巷道、隧道、地铁、硐室、小比例采场等多种工程结构相互影响的力学效应模拟；

3.进行高应力支护稳定性模拟试验；

4.真实地应力下巷道（隧道）掘进爆破技术模拟试验，原岩应力下超动态作用对巷道围岩影响和破坏模拟试验研究；

5.模拟含地质构造、层节理等地层巷道围岩变形试验；

6.可以实现巷道内围岩破碎张力的测试，设计支护和压力传递伺服系统，实现支护结构对加载和卸荷压力和位移影响的仿真测试；

7.全自动多参数同步测试系统，既能测量机械施加的模拟地压，又可以测量围岩中的压力和变形；测试自动化程度高，加载和卸荷试验操作与测试方便；

8.具有良好的可扩充性，设计中留出接口，便于将机器系统扩充到高温岩石力学与工程试验、高涌水和地下深部存放特殊物质渗透性试验等；加载系统具有试件尺寸在长度方向的可扩充性；

总体来说，该系统支持复杂工况模拟，如地层压力、隧道开挖、爆破荷载、支护结构响应等，满足教学科研单位在巷道、硐室及小型采场等工程结构力学模拟上的多样需求，适用于绝大多数高校岩土工程相似材料试验模型加载系统建设方案。作为技术成熟的岩土工程相似材料试验模型加载系统厂家，邦威机电还提供定制化开发与维护服务，助力用户高效开展物理模型试验。

系统组成：

该岩土工程相似材料试验模型加载系统主要由高刚度反力架、节能静音油源、液压加载系统、POP-NET分布式控制器等组成。反力架由3榀回字形主框架及前门式反力架和后支撑架组成，液压加载系统包括垂直（上）多组作动器、水平（左、右）多组作动器和后多组作动器，可实现4个方向主动均匀加载。测控系统通过计算机-控制器-执行元件组成的全数字闭环控制系统，实现对载荷、压力和整体位移的精确实时控制。

主要技术参数：

1、尺寸参数

1.1、模型块尺寸（宽×高×深）：2000 mm×2000 mm×3000 mm

1.2、模型块厚度（深）分级：1500 mm、1000 mm、500 mm

1.3、最大洞室尺寸（宽×高）：400 mm×400 mm

2、荷载参数

2.1、垂直（上）有效压力：试件上面应力为6.0MPa；

2.2、水平（左、右）有效压力：试件左面和右面应力为6.0 MPa；

2.3、水平（后部）有效压力：后面应力为6.0 MPa。

3、控制参数

3.1、控制通道：侧面4个控制通道，后盖4个控制通道，顶部4个控制通道，共计12个控制通道。

3.2、以12路压力或16路位移返回参数进行压力或位移闭环控制。

3.3、顶面作动器具有动态加载能力，可以实现分层负载动态控制；最高动态加载频率10 Hz，最大动应力幅值不低于1.5MPa。

3.4、控制器可实现每组作动器的同步、异步控制和设定加载路径控制；

3.5、恒定载荷保持时间：伺服控制时的压力波动低于当前值1%，可以维持24小时。 另外带有可以实现长时间负荷保持控制的独立液压和控制系统，负荷变动度不大于设定值的2%，维持恒定天数≥360天。