（圖片僅供參考，以產(chǎn)品實(shí)物為準(zhǔn)）
首先，我們先了解一下三維相似材料圍巖模擬加載試驗(yàn)系統(tǒng)是怎樣的一款試驗(yàn)系統(tǒng)，多用于哪些行業(yè)。
三維相似材料圍巖模擬加載試驗(yàn)系統(tǒng)是基于相似理論和因次分析的實(shí)驗(yàn)室研究裝置，主要用于模擬巖土以及采礦現(xiàn)場開采環(huán)境下圍巖的應(yīng)力、位移和變形等情況，通過模擬相似材料的開挖再現(xiàn)現(xiàn)場開采時(shí)所出現(xiàn)的各種礦山壓力特征。
該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于采礦工程、巖土工程等領(lǐng)域，如研究采動(dòng)過程中巖體變形、移動(dòng)及破壞的規(guī)律，掌握綜放沿空留巷圍巖變形規(guī)律與底鼓機(jī)理，分析地鐵隧道施工擾動(dòng)下含缺陷巖土復(fù)合地層災(zāi)變機(jī)制等。
設(shè)計(jì)該系統(tǒng)需考慮問題：
首先是實(shí)際地應(yīng)力的計(jì)算，其次是相似理論的應(yīng)用，最后是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特殊考量。500米深度的垂直應(yīng)力比較好算，按ρgh公式大約12.5MPa，但水平應(yīng)力要看礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，通常用側(cè)壓系數(shù)λ來估算。
相似比地應(yīng)力的確定
關(guān)鍵步驟：
1. 選擇幾何相似比（例如CL=1/100）
2. 選擇模型材料：
- 原型巖層容重γp = 25kN/m^3
- 模型材料容重γm（例如 16 kN/m3，常用相似材料如砂、石膏、重晶石粉混合物）
- 容重相似比：Cγ =γm / γp = 16 / 25 = 0.64
3. 計(jì)算應(yīng)力相似比：
Cσ= CL×Cγ= （1/100）×0.64 = 0.0064
4. 換算模型加載應(yīng)力：
σ模型=σ原型×Cσ = 12.25MPa×0.0064≈0.0784MPa(即78.4kPa)
工作原理：
根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)及煤巖的物理性質(zhì)，利用與天然巖石物理力學(xué)性質(zhì)相似的人工配比材料，按一定比例對模型進(jìn)行縮小，在模型中進(jìn)行開挖巷道或模擬采場工作，通過加載裝置施加相應(yīng)的荷載，模擬現(xiàn)場的地應(yīng)力環(huán)境，同時(shí)利用監(jiān)測裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測模型內(nèi)部的應(yīng)力、位移、裂隙等變化情況，從而推測原現(xiàn)場發(fā)生的情況。
試驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：
1. 貼近工程實(shí)際，模擬復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境
能真實(shí)還原三維空間下的地質(zhì)條件，包括地層結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力分布、巖體裂隙發(fā)育等復(fù)雜情況?？赡M不同埋深、巖性組合、斷層破碎帶等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，為研究特殊地質(zhì)條件下的圍巖響應(yīng)提供可靠平臺(tái)。
2. 可視化與動(dòng)態(tài)監(jiān)測能力強(qiáng)
結(jié)合透明相似材料、3D-DIC等技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)圍巖變形、裂隙擴(kuò)展、應(yīng)力場演化的實(shí)時(shí)可視化觀測，直觀呈現(xiàn)開挖過程中圍巖的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。多維度監(jiān)測可獲取全面數(shù)據(jù)，為分析圍巖失穩(wěn)機(jī)理、支護(hù)效果等提供量化依據(jù)。
3. 可控性高，便于工況對比
試驗(yàn)參數(shù)可精確調(diào)控，可重復(fù)進(jìn)行多工況試驗(yàn)，通過對比分析揭示規(guī)律，彌補(bǔ)現(xiàn)場試驗(yàn)成本高、難以控制變量的不足。
4. 成本較低，安全性高
相比現(xiàn)場試驗(yàn)，該系統(tǒng)通過縮尺模型模擬工程場景，能大幅降低試驗(yàn)成本和周期，尤其適合前期方案驗(yàn)證和機(jī)理探索?？赡M高風(fēng)險(xiǎn)工況，如圍巖坍塌，無需承擔(dān)實(shí)際工程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，為災(zāi)害預(yù)警和防控提供數(shù)據(jù)支持。
5. 應(yīng)用范圍廣，指導(dǎo)實(shí)際工程
應(yīng)用于采礦、隧道、地鐵等工程，如優(yōu)化巷道支護(hù)設(shè)計(jì)、預(yù)測采場覆巖移動(dòng)規(guī)律、分析斷層帶隧道施工風(fēng)險(xiǎn)等，為工程實(shí)踐提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。
