大型三维动力灾害物理模拟试验系统结构设计与制造

大型三维动力灾害物理模拟试验系统结构设计与制造

1.工作条件：

1.1 见总则第3条。

2.设备用途：

2.1 项目概况：根据2014年国家自然科学基金委批准立项的重大仪器设备研制项目“深部巷道/隧道动力灾害物理模拟试验系统(批准号：)”，拟研制一套大型三维动力灾害物理模拟试验系统，模拟深部巷道/隧道岩爆的关键影响因素和实际条件，解决岩爆物理模拟中的一系列关键理论和技术难题，揭示深部巷道/隧道岩爆等类似动力灾害的形成机制和演化规律。

2.2 功能概述：大型三维动力灾害物理模拟试验系统，主要包括外框架、静力加载系统和动力加载系统，加载方式为真三轴加载且每个方向独立控制，每个方向最大静力加载能力为3200吨，每个方向最大动力加载能力100吨，可连续振动多个周期，试件在加载过程中需进行开挖钻孔操作，加载设备外框架应预留开挖孔。

3.技术规格

本次招标仅为机械设计与制造部分，包括加载外框架、静力加载缸和动力加载缸，不涉及液压系统、采样系统、控制系统及相关传感器元件等，但须预留各类传感器、阀件、管路接口。

3.1 外框架

3.1.1 外框架整体刚度不小于7×109N/m；

*3.1.2 最大静力加载（3200吨）和最大动力加载（100吨）叠加条件下，外框架应满足强度要求，安全系数应不小于2.0；

3.1.3 外框架需保证在最大静荷载和最大动荷载共同作用下的长期稳定性，应提供计算报告说明外框架设计方案满足3.1.1和3.1.2的要求。

3.2 静力加载系统

*3.2.1 静力加载单元数目：3个；

*3.2.2 加载方式：三向独立加载，每个方向最大加载能力3200吨；

3.2.3 与试件直接接触的承载板每侧预留试件变形量：20mm；

3.2.4 加载面与试件之间应均匀接触，确保静力均匀分布在试件表面；

3.2.5 静力加载油缸与承载板之间采用活动连接方式；

3.2.6 三向稳压精度：±10吨；

3.2.7 三向最长稳压时间：30天；

3.2.8 三向可自动补压，补压大小为达到预定压力；

3.2.9 静力加、卸载速率均可控，静力加载采用分级加载方式，可按不同步长加载。

3.3 动力加载系统

*3.3.1 动力加载单元数目：3个；

*3.3.2 加载方式：三向独立加载，每个方向最大加载能力100吨；

*3.3.3 三向动力加载频率≥10Hz；

3.3.4 动力加载频率为10Hz时，振幅最大为5mm；

3.3.5 动载控制方式：高精度伺服控制；

3.3.6 三个方向不要求同时振动，但动载油缸可连续振动多个周期；

3.3.7 一次试验内三个动载单元之间可以相互切换使用，但并不要求三个动载单元同时施加；

3.3.8 能提供多种动载波形，如三角形波、正弦波、余弦波等，并留有自定义波形接口，给出自定义波形编程指导。

3.4 其他技术要求

3.4.1 试件尺寸：0.5m 0.5m 0.5m和1m×1m×1m两种规格，试件尺寸为0.5m时，要有相应的过渡垫块；

3.4.2 试件模拟开挖圆形隧道直径：0.1m/0.15m/0.2m，不仅可垂直试件表面开挖钻孔，还可以沿一定角度(5.7°)水平倾斜钻孔，开挖孔起始位置应正对试件表面中心；

3.4.3 为模拟隧道开挖，外框架一侧需预留开挖孔，开挖孔与试件接触部分直径为0.21m的圆孔，框架上外孔半圆部分直径应大于0.21m，保证水平倾斜隧道的轴线可偏离试件中轴线10cm，即倾斜开挖时倾角为5.7°；

3.4.4 为观察试件在钻孔过程中的破坏情况，外框架应预留一个直径20mm的观察孔，其方向垂直于开挖方向；

3.4.5 试件应能准确安放在加载框架内，完全对中，三个加载方向（静力和动力）的轴线正交于试件形心处，保证施加在试件表面的荷载与试件表面垂直，试件每个面受力均匀；

3.4.6 静力加载和动力加载应以并联的形式作用到加载板上，静力加载单元与动力加载单元的行程应精确设计、相互协调；

3.4.7 液压缸能出线连接计算机，随时记录油压数值，油压等参数显示精度满足稳压精度要求；

3.4.8 为防止试样破坏后承载板碰撞，需安装位移传感器监控承载板位移，同时，安装过载保护装置，试样破坏应力迅速降低时可自动开启；

3.4.9 试件六个面与加载面间应有减摩措施，以保证施加在试件各面上的垂直荷载与摩擦力相比占绝对优势；

3.4.10 由于试件开挖钻孔过程中会用到大量水，设备应考虑排水措施，且排水措施不能影响设备内电气系统运行；

3.4.11 外框架应设置一个走线孔，便于多种监测仪器线路走线；

3.4.12 控制系统与加载系统放置不同实验室，要求控制系统在操作时可观察到加载系统试验状况，在实验室设置一套摄像系统

3.4.13 提供一份详细的数值计算报告，包括外框架刚度、强度和变形核算，各主轴、承载杆、连接销等部件的应力、变形分析，标注最大应力、最大变形位置；

3.4.14 提供加载设备所需电力、供水等相关要求；

3.4.15 安装设备前应进行地基基础设计，厂家应根据甲方提供的地基勘察报告，由具有相应资质的设计单位进行基础设计，相关设计与施工图纸须签字并加盖设计单位公章，作为仪器设备图纸一部分，具体设计费用应包含在投标总价中；

3.4.16 机械设计应保证试验的可操作性，如试件的吊装、框架的移动（如有必要）等，配置相应的吊装或移动装置，同时还应考虑后期维护保养，易损部件应能方便拆卸；

3.4.17 机械设计与加工制造出来的成品应在满足上述技术要求的前提下，保证整体结构美观；

3.4.18 机械设计方案和施工图应经甲方聘请专家论证通过后再开始实施，设计图纸、核算报告及其他往来文件应签字并加盖公章，以备存档；

3.4.19 设备框架要保证安全性，所用零件、材料等无毒无污染，安全环保性能满足行业使用标准，对环境、人体可能造成危害的应特别注明；