最新版本相似模型试验作业

采矿12级研究生

《相似模拟与测试技术》课程综合性考查题

某矿11煤工作面开采技术条件如下：工作面斜长250m，走向推进长度2800m、煤层厚度3.5m～4.5m，煤层倾角8°～10°、平均埋深800m。煤层上山 为矩形断面4.5×3.5，采用锚梁网支护。采煤工艺为综合机械化开采，日进尺8米。

煤层的顶底板岩性及有关力学参数见表。

一、根据实际条件进行实验室模拟实验方案设计 研究内容：

1. 顶板的初次来压步距、冒落带裂隙带高度及分布形态； 2. 煤层上山煤柱的留设。

3. 沿煤层推进方向支承压力的分布曲线。 要求：1、依据实验室的条件，进行相似材料模型试验方案设计；（依据研究内容进行设计，具体确定模型架、模型结构尺寸、模型材料配比、相似常数、观测项目、测点布置、观测方法、加载方式等）

二、进行相似材料的配比实验。（具体要求见实验计划，每人选定其中一层为实验对象。）

实验报告必须说明的内容：

1.相似材料试件的相关力学参数； 2.简化的强度直线方程；

3单轴抗压强度随龄期、温度、湿度、含水率变化曲线

工作面顶底板岩层力学参数表

序号 13 12 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 中砂岩 砂质泥岩互层 13-1煤 泥岩 粉砂岩 中砂岩 细砂岩 泥岩 砂质泥岩 中砂岩 11煤 砂质泥岩 3.5 5 8 6 8 6 7 12 4.2 4 12 48-60 74-95 78-110 66-95 45-65 56 120-150 14 35-55 5-7 8-11 10-15 7-12 5-8.5 6-12 10-15 4.5-8.5 0.4~5 2.4~6.8 1.2-2.3 0.9~3.5 0.6-4.5 2.3~3.5 0.6-3.6 0.16-0.14 0.15-0.3 0.25-0.35 0.23-0.4 0.25-0.35 0.25-0.3 3.5-26 15-40 3.5-26 1.5-18 4-10 5-30 25-40 45-60 20-41 20-35 30-40 25-50 20-40 26-28 24-26 26-28 26-28 23-26 24-26 26-28 岩性 厚度/m 12 9 单向抗压/mpa 53-85 -115 单向抗拉/mpa 5.6 7.8-9 弹性模量/Gpa 5-8 2-6 0.15-0.3 0.2-03 泊松比 内聚力/mpa 10-40 内摩擦角/° 45-60 容重/kN/m3 24-26 0.15-0.35- 0.18-18

《相似模拟实验与测试技术》课程复习

1、叙述相似模拟实验研究的应用和存在问题。 2、如何理解相似三定理？

3、写出采矿工程相似模拟实验两大类问题（围岩的应力与位移和破坏）的相似指标和相似判据。 4、如何保证模型与原型的破坏相似？由单向抗压强度和单向抗拉强度确定直线型强度准则。 5、三组分配比实验中调整强度和确定配比的方法。 6、由实验数据求拟合曲线，确定曲线方程的方法。 例：抗剪实验的数据为i1（σ1、τ1）、i2（σ2、τ2）、i3（σ3、τ3）、i4（σ4、τ4）、

i5（σ5、τ5）。求强度直线方程τ=c+σtanυ。 7、模拟实验中测试的主要参数和方法。

8、电阻应变测试的工作原理、电阻应变效应、电桥的加减特性。

3作业。考试的时候带过去交

《相似模拟实验与测试技术》课程复习

1、叙述相似模拟实验研究的应用和存在问题。

答：应用：对复杂的、难以建立准确的数学模型的结构的力学行为进行研究，为设计和施工方案提供参考依据，直接服务于工程目的。例如：应用相似模拟实验技术研究水电大坝建设问题，建筑物抗风力问题，铁路建设问题还有矿业工程井下施工问题等。

存在的问题：相似条件难以做到完全相同。/ 微观细部难以做到完全相似。/ 测试技术还不完善，存在误差/ 受到外界因素干扰，影响测试结果。

2、如何理解相似三定理？

答： 相似第一定理可表述为：相似现象其相似指标等于1，相似判据相同。 相似第二定理认为“约束两相似现象的基本物理方程可以用量纲分析的方法转换成相似判据π方程，且两个相似系统的π方程必须相同。”

相似第三定理认为对于同类物理现象，如果单值量相似，而且由单值量所组成的相似判据在数值上相等，现象才互相相似。单值量是指单值条件下的物理量。而单值条件是指将一个个别现象从同类现象中区别开来的具体条件。 依据相似第一定理，便可在模拟实验中将模型系统中得到的相似判据推广到所模拟的原型系统中；用相似第二定理则可将模型中所得到的结果用于与之相似的事物上；相似第三定理指出了做实验所必须遵守的法则。相似三定理是进行相似实验的理论依据.

3、写出采矿工程相似模拟实验两大类问题（围岩的应力与位移和破坏）的相似指标和相似判据。

1、应力和应变。

K（1）围岩变形在弹性范围，不考虑自重，相似指标

1E，因为1,所以

KEE。。

围岩变形在弹性范围，考虑自重，相似指标 ασ/αLαγ=1，

αE/ασ=1，相似判据1,2E

Lσ

2、围岩的破坏，相似指标 ασ/αLαγ=1，ασ= α

t=αc

c= α

σ

，αυ=1， αE/ασ=1 。相似判据：1L，2E

 4、如何保证模型与原型的破坏相似？由单向抗压强度和单向抗拉强度确定直线型强度准则。 答： 要保证模型与原型的破坏相似，相似材料的主要力学性质要与模拟的岩层的结构相似。如模拟破坏过程时，应使相似材料的单向抗压强度与抗拉强度相思雨原型材料.

5、三组分配比实验中调整强度和确定配比的方法。

答：如果相似材料成分是三种，可用等边三角形坐标法绘制等强度曲线。有了此强度曲线确定配比范围非常方便。

等边三角形坐标法。原理：等边三角形内一点到各边的垂线长之和等于三角形高度。各边高度按100％均匀分割，对应顶点所示的成分。顶点所对的底边代表该成分含量为0％，顶点代表成分含量100%。图中任一点到三条边的垂高的坐标代表了三种成分的百分比

6、由实验数据求拟合曲线，确定曲线方程的方法。 例：抗剪实验的数据为i1（σ1、τ1）、i2（σ2、τ2）、i3（σ3、τ3）、i4（σ4、τ4）、i5（σ5、τ5）。求强度直线方程τ=c+σtanυ。 答：

7、模拟实验中测试的主要参数和方法。

主要参数：模型的相对位移、绝对位移、内应力、支架的载荷与变形。

方法：应力的测量是通过测应变后，根据应力与应变关系转换成应力。位移和载荷可以直接

测量，也可以通过测应变转换的方法获得。具体方法：

1、机械法。根据机械原理和量具进行测量的直观方法。如千分表、机械式应变计。设备简

单、无需电源，抗干扰能力强，稳定可靠。量测精度差，灵敏度低，不能遥测和自动

记录。千分表可以测量变形和位移，机械式应变计测应变。

2、光测法。用于测量位移，有水准仪测量、激光量测法、光弹应力分析法、激光全息干涉

法、散斑干涉法、云纹法。

3.电测法。灵敏度高、能多点测量自动记录，易于与通用仪表及信号处理设备接口等优点。

模型实验中主要测量应变和位移，模型内部应力测量困难，测试系统误差处理问题。 4、非电量测试法。将要测定的非电量（变形、位移、荷载）通过传感器转换成电量，然后

采用电测的方法测量，最后再根据事先标定的曲线确定要测的非电量。

8、电阻应变测试的工作原理、电阻应变效应、电桥的加减特性。

工作原理：将应变片贴于待测元件上，待测元件受力产生应变，应变片也跟着产生应变，应变片发生应变后，电阻发生改变，通过测量其阻值变化，来间接测应变。 电阻应变效应：导体或半导体电阻随其机械变形而变化的物理现象。 电桥的加减特性：相邻桥臂的应变一致时（即同为拉应变或同为压应变），输出电压为两者之差；应变不一致时，输出电压为两者之和。而相对桥臂则与此规律相反。