本裝置針對(duì)新建地鐵隧道穿越煤礦塌陷區(qū)的特殊性設(shè)計(jì)，整合相似模擬、非線性力學(xué)分析與處治方案驗(yàn)證功能。可復(fù)現(xiàn)塌陷區(qū)形成過(guò)程、殘余變形規(guī)律，模擬“樁基+地下梁+錨桿樁+斜拉錨索”等綜合處治措施的力學(xué)響應(yīng)，為無(wú)先例參考的塌陷區(qū)地鐵隧道建設(shè)提供穩(wěn)定性分析、方案驗(yàn)證及數(shù)據(jù)支撐的專用試驗(yàn)平臺(tái)。
結(jié)構(gòu)組成
1.雙塌陷區(qū)模擬試驗(yàn)臺(tái)：鋼結(jié)構(gòu)框架（長(zhǎng)6m×寬3m×高4m），內(nèi)部劃分兩個(gè)獨(dú)立模擬腔（對(duì)應(yīng)南大槽、北大槽），可調(diào)整塌陷區(qū)跨度、埋深；底部設(shè)可調(diào)支撐，保證模型水平，預(yù)留處治結(jié)構(gòu)安裝通道。
2.相似材料制備與填充系統(tǒng)：含1.2m3混合罐、自動(dòng)布料機(jī)及分層壓實(shí)裝置，按地質(zhì)參數(shù)精準(zhǔn)混合巖塊、石膏、粉煤灰等材料，控制每層壓實(shí)度（誤差≤2%），模擬覆巖、頂煤及表土層結(jié)構(gòu)。
3.塌陷區(qū)形成與變形模擬裝置：
空區(qū)模擬模塊：可預(yù)設(shè)不同尺寸殘留空區(qū)（模型內(nèi)0.1-0.5m），通過(guò)液壓抽芯裝置模擬空區(qū)頂煤冒落過(guò)程。
殘余變形驅(qū)動(dòng)模塊：伺服電機(jī)控制的位移加載單元，可按殘余沉降動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型施加緩慢位移（0.01-0.1mm/min），復(fù)現(xiàn)長(zhǎng)期殘余變形。
4.綜合處治模擬系統(tǒng)：
結(jié)構(gòu)安裝組件：可精準(zhǔn)定位安裝模擬樁基（鋼制，直徑5-15cm）、地下梁（鋼制，截面10×15cm）、錨桿樁（鋼索，直徑5-8mm）。
荷載施加單元：門(mén)式加載架+伺服千斤頂，為錨桿樁、斜拉錨索提供精準(zhǔn)拉力，為樁基施加豎向荷載，模擬處治結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。
5.監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)：
力學(xué)監(jiān)測(cè)：埋設(shè)20-30個(gè)壓力傳感器（精度±0.01MPa）監(jiān)測(cè)圍巖應(yīng)力，10-15個(gè)拉力傳感器監(jiān)測(cè)處治結(jié)構(gòu)受力。
變形監(jiān)測(cè)：布設(shè)激光位移傳感器（15-20個(gè)）監(jiān)測(cè)地表及隧道沉降，高速攝像機(jī)（幀率50fps）記錄頂煤冒落與巖層移動(dòng)。
數(shù)據(jù)處理單元：工業(yè)計(jì)算機(jī)+專用軟件，集成突變理論與殘余變形預(yù)測(cè)模型，自動(dòng)生成穩(wěn)定性評(píng)價(jià)報(bào)告與變形曲線。
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