相似模拟实验和数值模拟在岩土工程中的应用及实际案例

1、相似模拟与模型实验在岩土工程中的应用相似模拟与其它一样是社会生产进展的必然产物。由于社会生产的不断进展，岩上工程所提出的问题日趋复杂和繁琐。用数学方式很宝贵到精准的解析解，只能作一些假设与简化再求解，因此带来一些误差。于是人们不能不通过实验的方式来探求那些靠数学方式无法研究的复杂现象的规律性。可是直接的实验的方式有专门大的局限性，其实验的结果只能推行到与实验条件完全相同的实际问题中去，这种实验方式常常只能得出个别量的表而规律性关系，难以抓住现象的内在本质。相似模拟正是为解决这些问题而产生的，它不直接的研究自然现象或进程的本身，而是研究与这些自然现象或进程相似的模型，它是理论与实际紧密相结合的科

2、学研究方式，是解决一些比较复杂的生产工程问题的一种有效方式。一、相似模拟与模型实验的方要研究内容它是研窕自然界相似现象的一门科学。它提供了相似判定的方式。并用于指导模型实验,整理实验结果，并把实验结果用于原型的理论基础。二、相似常数设C表示相似常数，X表示原型中的物理量，£表示模型中的物理量，那么：生=玉其中g表示第/个物理量所对应的相似常数。物理量包括于现象当中。而表示现象的物理量，一样都不是孤立的，互不关联的，而是处在自然规律所决定的必然关系中，因此说各类相似常数之间也是彼此关联的。在许多的情形下这种关联表现为数学方程的形式。下面举例说明：设两个物体受力与运动相似那么它们的质点的

3、运动方程和力学方程都可用同一方程描述，即：原型的运动方程与物理方程忏"f='一dtdt模型的运动方程与物理方程，ds9Gtdv9v=/=mdf”因为两个物体的现象相似，其对应物理量互成比例，即，联合取得ccmv由，能够说明，各相似常数不是任意选择的，它们之间是彼此关联的。三、相似三定理1 .相似第必然理相似第必然理是指出两个相似物体之间物理量的关系，具体能够归纳为二点。一、相似现象能够用完全相同的方程组来表示。二、用来表征这些现象的一切物理量在空间相对应的各点在时刻上相对应的各刹时各自互成必然比例关系。2 .相似第二定理相似第二定理描述了物理体系中各个物理量之间的关系，相似准

4、那么之间的函数关系。关系式（准那么方程）力（巧，乃2,，»）=。关系式的性质关于彼此相似的现象，关系式相同。乃关系式中的项在模型实验中有自变项与应变项之分。自变项是由单值条件的物理量所组成的定性准那么，应变项是包括非单值条件的物理量的非定性准那么。假设能做到原型与模型中的自变项相等，由应变4项与自变项之间的关系式能够取得应变4项，然后推行到原型中去，作为工程设计的各类参数。3 .相似第三定理相似第三定理是解决两个同类物理现象知足什么样的条件才能相似的问题。第一条件：由于相似现象服从同一的自然规律，因此，可被完全相同的方程能所描述第二条件：具有相同的文字方程式，其单值条件相似，而且从单

5、值条件导出的相似准那么的数值相等。所谓的单值条件是指从一群现象中，依照某一个现象的特性，把那个具体的现象从一群现象中区分出来的那些条件，单值条件中的物理量又称为单值量。单值条件包括几何条件、物理条件、边界条件和初始条件。4 .相似三定理之间的关系相似第一和第二定理是从现象已经相似这一基础上动身来考虑问题，第必然理说明了相似现象各物理量之间的关系，并以相似准那么的形式表示出来。第二定理指出了各相似准那么之间的关系，便于将一现象的实验结果推行到其它现象。相似第三定理直接同代表具表现象的单值条件相联系，而且强调了单值量相似，因此显于出了科学上的周密性，是组成现象相似的充要条件。是一切模型实验应遵守的

6、理论指导原那么。可是在一些复杂的现象中，很难确信现象的单值条件，仅能借体会判定何为系统最要紧的参量，或尽管明白单值量，可是很难做到模型和原型由单值量组成的某些相似准那么在数值上的一致，这使得相似第三定理真正的实行，并因此使模型实验结果带来近似的性质。一、同类相似与异类相似同类相似是指相似的物体是同类物质，模型与原型的全数物理量相等，物理本质一致，区别在于各物理量的大小比例不同。异类相似是指相似的物体不同类。仅因为对应量都遵循相同的方程式，具有数学上的相似性。五、相似准那么的导出方式相似准那么的导出方式有三种：定律分析法，方程分析法和因次分析法。从理论上说,三种方式能够取得一样的结果，只是用不同

7、的方式对物理现象作数学上的描述。可是作为三种不同的方式，又有各自的适用条件。1.三种方式的介绍定律分析:这种方式是成立在全数现象的物理定律已知的基础上的,通过剔除次要因素,从而推算出数量足够的，反映现象实质的乃项。这种方式的缺点上：1）流于就事论事，看不显现象的转变进程和内在联系，故作为一种方式，缺乏典型意义2）由于必需找出所有的物理定理，因此关于未能把握其全数机理的，较为复杂的物理现象，运用这种方式是不可能的，乃至无法找到近似解3）常常有一些物理定理，关于所讨论的问题表而上看去关系不紧密，但又不宜于妄加剔除，而必需通过实验找出各个定律间的制约关系，决定其重要因素，这实际问题的解决带来不便。优

8、势：关于模型制作有指导性意义。方程分析法：依照已知现象的微分或积分方程推出乃项。此方式的的优势：1）结构周密，能反映显现象的本质，故可望取得问题的靠得住性结论2）分析程序明确步骤易于检查3）各类成份的地位一览无遗，有利于推断，比较和校验缺点：对现象的机理不清楚，没有成立方程的问题，无法解决因次分析法：是依照正确选定参量，通过因次分析法考察各参量的因次，求出和乃定理一致的函数关系式，并据此进行相似现象的推行。因次分析法的优势，关于一切机理尚未完全弄清，规律也未充分把握的现象来讲，尤其明显。它能帮忙人们快速地通过相似性实验核定所选参量的正确性，并在此基础上不断加深人们对现象机理和规律性的熟悉。以上

9、各类方式，日前应用最普遍的是因次分析法，可是也不排除将各类方式结合利用的可能性。六、相似准那么导出方式的解题步骤三种方式的解题步骤定律分析法的步骤分析现象，抓住要紧矛盾，排除次要因素写出要紧矛盾的物理表达式作等效转变，转化为具有相同因次的物理量两两作比值，求出相似准那么万2）方程分析法通常的方程分析法有：相似转换法和积分类比法相似转换法的步骤写显现象的大体微分方程写出全数的单值条件，并令其二现象相似将微分方程按不同现象写出进行相似转换求出相似准那么开积分类比法的步骤写显现象的大体微分方程和全数的单值条件用方程的任一项，除其它各项 进行积分类比转换，求出相应的准那么3）因次分析法因次分析法一样分

10、为两种：指数分析法和矩阵分析法。这两种方式的大体原理一样，运算步骤稍有不同。指数分析法要紧用于现象的物理量较少的情形，而矩阵分析法要紧用于现象物理量较多的情形。指数分析法 列出相似准那么的表达式 依照方程两边因次相等列出物理量参数的方程K个 设物理量有M个，任选其中的M-K个物理量为已知量 将这M-K个物理量，依次用M-K个单位向量代入方程，取得M-K组解 把这M-K组解代入相似准那么的表达式中，能够得出M-K个独立的相似准那么矩阵分析法矩阵分析法与指数分析法的大体原理一样，矩阵分析法把线性方程组的求解用矩阵的求解来代替。其运算步骤再也不此重复。2 .证明指数分析法解出的独立乃项的普遍代表意义

11、例设某现象由5个物理量Al,A2,A3,A4,A5组成，这5个大体物理的独立因次为L,M,N物理量的表达式=；123,4,5相似准那么的表达式7r=ArxA2yA3zA4l,A5v因为几项为零，故有关于LaX+a2Y+ayZ-aAU+a5V=0关于MZ7,X+/72r+/73Z+Z75V=O关于T/1X+/2r+/3Z+/4t/+/5V=0固定U,V这两个参数，设U=0,V=1那么能够得出一组解，设为X=X1,Y=YbZ=Z1,但假设设U=0,V=N那么方程得出另一组解，设为X=X2,Y=Y2,Z=Z2这两组解之间存在着如下关系，即：X=X2Yl=K2Zl=Z2NZN由上式可知，那个相似准那么

12、和前一个相似准那么只差方次关系，又因为相似准那么能够通过加、减、乘、除、弃运算等进行彼此变换，故这两个相似准那么实为同一个无因次量群,设U=l,V=0那么能够得出一组解，设为X=X3,Y=Y3,Z=Z3,但假设设U=l,V=1那么方程得出另一组解，设为X=X4,Y=Y4,Z=Z4这两组解之间存在着如下关系，即：X4=故U=l,V=1的相似准那么能够用U=0,V=1和U=LV=0的相似准那么表示，因此说U=0,V=1和U=l,V=0的相似准那么能够表示U,V为任何实数的相似准那么。3 .三种方式解题1）定律分析法己知一个简支梁受有大小为4KN/M均布荷载，简支梁的跨度为4M,截面的高为0.5M,

13、宽为0.4M,跨中截而的最大正应力为480KN/Mz,求当梁的跨度为2M,截面尺寸相同受均布荷载为2KN/M时的跨中截而的最大正应力。跨中弯矩的公式最大正应力公式.2及解：由最大正应力公式能够推出M=3因此乃=-C由）=7tm得又因为截面的尺寸相同因此能够简化为名一="66,因此5=”用5=60KN/M2ql22）方程分析法以弹性力学中的极坐标的平而应力问题为例说明1 .写显现象的大体微分方程1）静力学平稳方程。+"+显_f=0dppd（pp'1dS5r270G+0=0pd（pdpp2）几何方程_"-弧V,C-:Pcr6pr%Wc6=CECEJQ分=&qu

14、ot;一二一寓）CE乙或二1多马一，-_q%三"工U/"=一二=1=/=,一。一5葭J£/p"心£西”一。一5%8购61iP+空夕-%2。>-+叫而1-夕3）物理方程_2（l+）.Ep<?4）边界条件（2个）p=6J+“ri另外一个类似2 .写出全数的单值条件，并令其二现象相似1）几何单值条件相似式中：q金©别离表示长度相似常数，应变相似常数和位移相似常数说明?不为单值条件，且为无因次量2）物理单值条件相似Ep-7=Ce-"-CEpP式中：Crcp别离表示泊松比相似常数，弹性模量相似常数和容重相似常数3）位移边界

15、条件相似6_I5式中：%表示应力的相似常数，Cg为而力的相似常数3 .将微分方程按不同现象写出第二现象的静力平稳方程（只写一个，另一个类似）财1drf65。+上+_r=odp9pd（pfp9p几何方程（只写一个，其它类似）婷.4P”物理方程（只写一个，其它类似）4 4（3-4%）边界条件（只写一个）P=斗+%14）进行相似转化将有关的相似系数代入得对平稳方程c；'6pc；' p dcp这了保证与原型方程的一致，必需使得C8C8C8=Cp即qqq（从另外的一个方程也能够取得那个结果）对几何方程q一加为了维持与原方程的一致，可得2=1C'u（从另外的二个方程也能够取得那个结

16、果）对物理方程=仁仁-应-与）C£乙为了维持与原方程的一致，可得从另外的二个方程也能够取得那个结果对边界条件限Q=cj（3/+%m）为了维持与原方程的一致，可得5）求出相似准那么££=一;一"7=小iuruf-££9=7F1E6E83='=%与弹性力学的直角坐标系下的相似准那么的比较可知是一样的，这同时也说明了相似准那么与坐标系的选取没有任何关系。3）因次分析法设有半平面体，在其直边界上受有集中力，取单位厚度的部份来考虑，阻碍力F作用点正下方h深处的正应力6的参量有F与边界法线成角夕，设单位厚度上所受有力为F,埋深解：取大体因

17、次M、L、T此问题独立的相似准那么m=4-3=lP000AlA2A3A4110-101-2-20依照因次和谐原那么得Al+A2=0-Al+A3=0-2A1-A2=O固定Al=l那么能够取得A2=-lA3=l因此尸=£6h2F此问题的弹性力学解析解为5=-二-cosA无力相似准那么与原问题的解维持了一致性户LAC3D 3.00Step 794 Model Perspective 12:58:39 Thu Jun 09 2005Center: X:-2l32e-014 Y:2731e+001Z: 65256+001 Dist: 4.3986+002Rotation:X: 50.000Y:

18、 0.000Zi O.CXX)Mag.: 1.25Ang.: 22.500SurtaceMagfac = O.OOOe+OOOInterface LocationsZ1Z2Z3泊Z5DItasca Consulting Group. Inc. Minneapofcs. MN USAHe图i井筒模拟图户IAC3D 3.00Step 794 Model Perspective 13X)652 Thu Jun 09 2005CenterX: -2.132eX)14Y: 1.87464-001Z:-7.244e+001Dist4.398e-002Rotation:X: 50.000Y: 0.000Z:

19、 0.000Mag.: 1.95Ang.: 22.500Block Contour of SZZ Stress6.2274e005 to 60000&+005 6.0000e-005to-5.5000e+005 5.5000e005 to-5.000064.005 5.0000e005to-4.5000e+005 4.5000e*005 to 4.0000e+005 4.0000e005to-3.5000e+005 3.5000e005to-3.0000&+005 3.00*005 to 25000e.005 -25000e005to-2.0000e+005 -20000e40

20、05 to-1.5000e+005 -1.5000e005to-1.000(te+005 -1.0000e-005to-5.(X)00&+004 5.0000e-004to-6.9826e«)1Intend = 5.0e+004Itasca Consulting Groip, Inc.Minnejolis. MN USAmT -iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiIIIIIHIIIIIMB1 riiiiIIIIIIIIIIHIllimum|«|«HIIIHIIIIIIMMIIII,. ; r I | M| MM MM|llMUIIIIIIIIIIU

21、lllllllllllliniiiiTiiiIIHHTTTT图2z方向受力图中盛上行开采相似模拟实验报告1 .相似模拟实验的目的依照横向课题近距离煤层群上行复采薄煤层可行性研究的研究需要，并结合现场的实际要求，针对山西汾西矿业中盛煤矿的煤层地质赋存条件，进行近距离煤层群上行开采的三维相似材料模拟实验。要紧研究目的是： 分析10#煤开采对上部9#、7#煤层的阻碍，判定上部煤层的整体性及可采性。 测定10#煤开采进程中上部煤层的应力转变规律和位移转变，分析极近距离煤层群上行开采的卸压特点。实验时刻：3D相似模型于2020年11月日开始铺设，历时日完成，2020年11月日进行模拟开挖实验。要紧实验设

22、备：3D模拟实验分7V14数据自动搜集系统及数据处置系统位移计和应力传感器（压力盒和直角应变花）照相机实验原型大体条件：实验原型为山西汾西矿业中盛煤矿7#、9#、10#煤层。1、7#煤层位于太原组中部，L与K3石灰岩之间，下距9#煤层26.30m,平均22.60m。煤层厚1.95m,平均Lllm“一样含01层夹石，局部达2层，结构简单，属不稳固的局部可采煤层。顶板一样为泥岩，底板多为中粒砂岩。2、9#煤层位于太原组下部，下距10#煤层7.83m,平均6.45m。煤层厚01.10m,平均0.90m,不含夹石，结构简单，该煤层可采范围散布于井田中东部，可采面积2.139km2,属较稳固的局部可采煤

23、层。顶板为石灰岩，底板一样为泥岩。3、10#煤层位于太原组下部，下距11#煤层13.82m,平均11.20m。煤层厚2.62m,平均1.86m。一样含01层夹石，局部达两层，结构简单。顶板一样为泥岩，底板为泥岩或细粒砂岩，属全区稳固可采煤层。该煤层于原矿区内已大部采空，仅西南部有小部份未开采地段。复采煤层特点见表1所示。表1复采煤层特点表煤层号煤层用度（m）最小最大煤层间距（m）最小最大夹石层数顶板岩性稳定程度底板岩性可采程度平均平均70-1层泥岩不稳定局部2层中粒砂岩局部可采00n石灰岩较稳定U泥岩局部可采in0-1层泥岩稳定IV局部2层泥岩或细粒砂岩全区可采煤层综合柱状图如图1所示。地旗时

24、代层摩柱状产层心状&注布炭系C太原组Ct1.00-9.50K八/Xn/Kr灰色中粒眇岩72（腰修）”r5'5"10.60-0.904#煤层（灰四尺）为主米煤层5.00-6.50灰色泥岩及沙质龙岩0.607.005#灯层灰三尺）10.0-11.0MXM“Q*、V灰色泥岩、中都有,层中粒砂岩.灰部为泥岩及沙桢泥岩<0-2.006#煤层（拄它子）8.00-9.00灰色泥岩及砂质对岩4.00-6.00IIJ_1_1_1_L凡石灰岩0.101.957#幽层腰寇）中央一层0.468夹石3.00-5.00灰色中粒眇岩及轮断泥岩4.00-6.0011:121.11Ki石灰岩8.

25、00-9.008#深灰色泥岩及砂顷龙岩.中福火一层中细伙敌岩层上部有二层块线.断煤）210.3日M.7.56-9.50IIK?石灰岩0.909#煤层（对三尺）4.80-7.83深灰色泥岩及碎场泥岩0.85-2.6210#煤层七尺）-2相似模拟实验模型相似比本实验采纳中国矿业大学（北京）的三维实验台，实验台尺寸为：长X宽X高为3000mmX200mmX1800mmo设几何相似比为ol=50：1,设容重比为必尸：1,要求模拟与实体所有各对应点的运动情形相似，即要求各对应点的速度、加速度、运动时刻等都成必然比例。因此,要求时刻比为常数，即：4=7%=式中：生一时刻相似比。实验采纳平面应变条件，各岩层

26、在相似模型中的厚度为:LM = LH laL =2000/50=40. 0mm：L33 =900 50=18. 0mm：LW5 = Lll5 /aL =8000/50=160. 0mm：L“7 = LH7/=3000/50-60. 0mm；LW9 = LHJaL =4000/50=80. 0mm ；LMn = 4“ /4=10000/50=200. 0mmL.o =/a, =6400/50=128. 0mm：Lu. = L;/4 /a, =8000/50=160. 0mm： Htl *T LLmg = Aa。/4 =4000/50=80. 0mm；La/8 = LW8 /a£=111

27、0/50=22. 0mm：La/I0 = L/I() / aL =8000 50=160. 0mm ：Lv/12 = L/n2 / ctL = 1 OOOO/5O=2OO.Omm1205.2mm其中M12为最上部覆岩。Ml为最下部10#煤。模拟岩石的力学性质依如实验目的，选择实验方案。本实验要紧研究采场煤体变形及其上覆岩层的运移和应力的转变规律和无煤柱条件下卷道变形规律和顶板受力分析。研究现场实测的地质资料，依照煤岩层的散布，详细地整理了中盛煤矿各煤层顶、底板岩层物理力学性质的实测数据，详细情形见下表。表2模拟岩层物理力学性质表岩性容重抗压强度Mpa中粒砂岩泥质砂岩47石灰岩7#煤14泥岩27

28、石灰岩砂质泥岩37石灰岩569#煤14泥岩2710口煤142.3模型岩石的强度指标计算逐层计算模型岩石的强度指标，由在二50,%二得%=。尸80c由主导相似准那么可推导出原型与模型之间强度参数的转化关系式，即:式中：b,一单轴抗压强度依照上方的资料，能够求出煤质和不同顶板岩层模型的单轴抗压强度名.及容重力,为:第一层10#煤模型的抗压强度及容重为：cr(.M1=l4/80=/W1=1.4/=O.875g/cm3第二层泥岩模型的抗压强度及容重为：klW2=27/80=/M2-1.63g/cm5第三层9#煤的模型抗压强度及容重为：时3=14/80=2.17kg/cm：=/w3=1.4/=0.875

29、g/cm?第四层石灰岩的模型的抗压强度及容重为：cr(.W4=56/80=/M4=2.73/=l.71g/cm5第五层砂质泥岩的模型抗压强度及容重为：6c1/5=37/80=1.63g/cm3第六层石灰岩的模型的抗压强度及容重为：口“6二8。=Z,w6=2.73/=l.71g/cm3第七层泥岩的模型抗压强度及容重为：bcL/7=27./80=7M7=1.63g/cm第八层7#煤模型的抗压强度及容重为：bM8=14/80=0.175MPa/iW8=1.4/=O.875g/cm3第九层石灰岩模型的抗压强度及容重为：altf9=8o=MPa/1W9=1.69g/cm3第十层砂质泥岩模型的抗压强度及容

30、重为：口m0二47/80=/jW10=L63g/cm5第十一层中粒砂岩模型的抗压强度及容重为：bl”产80=/A/1I=1.67g/cm5表S相似模拟实验材料配比表层位岩性模拟抗压强度(MPa)模拟容重(g/cm5)配比号配比材料骨料：胶结料石灰/石在(石灰/土)覆岩11中粒砂岩10泥质砂岩9石灰岩87#煤7泥岩6石灰岩5砂质泥岩4石灰岩39#煤2泥岩110#煤2.4相似实验材料的制备依照汾西矿业中盛煤矿煤岩层的实际地质资料，选择组成相似模拟材料的成份，相似模拟材料要紧由两种成份组成一骨料和胶结料。骨料在材料中所占的比重较大，是胶结料胶结的对象，其物理力学性质对相似材料的性质有重要的阻碍。件料

31、要紧有细砂、石英砂、岩粉等，本实验竹料采纳细砂。胶结料是决定相似材料性质的主导成份，其力学性质在专门大程度上决定了相似材料的力学性质，经常使用的胶结材料要紧有石膏、水泥、碳酸钙、石灰、高岭上、石蜡、锯末等。依如实验及地质成份，本实验胶结料采纳石灰和石膏。不同胶结料与竹料混合组成不同种类的相似材料，其力学性能不同。依照已计算出的模型的力学参数，选定竹料及胶结料进行配比实验，为了精准选定与计算参数一致的配比，通过了多次配比实验，做出了各类配比表，最后选择出知足实验要求的一种，见表3。表4模型铺设分层材料用量表层号岩性层厚(cm)分层及厚度(cm)分层密度(Kg/)每分层质S:(Kg)分层总总质量(

32、Kg)配比(Kg)每分层用砂量(Kg)每分层用灰量(Kg)每分层用存量(Kg)每分层用水量<Kg)覆岩202X101500900180011中粒砂岩205X41670200410泥质砂岩165X16309石灰岩84X2169087tt煤IX8757泥岩62X316306石灰岩82X417105砂质泥岩168X216304石灰岩168X2171039口煤IX8752泥岩4X16301107煤4IX875合计上覆岩层厚度约为640m,应力为16Mpa：依照模型的尺寸，和预定比例，实际加载压力为：o/aLak16/(*)=制作模型的步骤本模型的架子的主体，是由24号槽钢和用钢组成,架子两边有孔

33、，以便固定模板，模板用厚1厘米的钢模板制成，为了避免装填材料时模板向外凸起，架子中部可用竖向小槽钢加固，模型架的长度保证围岩尺寸为巷道尺寸的10倍以上。(1)上模板：将模型后面模板全数上好，前面边砌模型边上模板。(2)配料：按已计算好的各分层材料所需量，把水泥、石膏、沙子、缓凝剂及水用天平、量杯称好：其中沙子、石膏、水泥可装在一个搅拌容器内，但需将水泥倒在石灰上面,以避免与沙子中所含的水分化合而凝固，缓凝剂融解后可放入已经称量好的水中，并搅拌均匀使无沉淀。其中，模拟煤层加墨汁，使其变黑，以便区别。(3)搅拌：先将干料拌匀，再加入含缓凝剂的水中，并迅速搅拌均匀，避免凝块。(4)装模：将搅拌均匀的

34、材料倒入模型内，然后夯实，以维持所要求的容重，压紧后的高度应大体符合计算时的分层高度。分层间撒一层云母以模拟层面，每一分层的制作工作应在20min内完成。（5）风干：通常在制模后一天开始风干，风干后，开始采煤。（6）加重：由于考虑到地层很深，而所要研究的问题仅涉及煤巷周围一部份围岩，可施加而力的方式来代替研究范围之外的岩石自重。监测点布置模型铺设总高度120.5cm,在老顶上方依次铺设干砂、铁板、槽钢，通过液压油缸对槽钢加压，并通过铁板、干砂均匀传递载荷。材料水灰比：材料：水=100：8铺设模型时，每铺设4cm厚度材料后，进行夯实。图93D相似模拟实验台各岩层之间加铺云母粉。图10为3D相似模

35、拟实验台，标准尺寸为长义宽X高二300X200X180cm,模型周围采纳槽钢封锁，作为位移边界条件；模型上部采纳油缸施加压力模拟上覆岩层的载荷，压力的大小由操作操纵台（图9中位于左侧的为操纵台）调剂：模型底部由两部份组成（见图10）：图中阴影部份组成的活动区和活动区之外的固定区，固定区由钢板制成，而活动区尺寸为180X100cm,由90条长100cm宽2cm的活动钢板组成，活动钢板双侧有螺栓能够拆卸，铺设模型时将全数活动钢板装上，模拟开挖时依次卸下活动钢板，就能够够从模型底部挖出煤体，而且同时保留固定区的煤体，因此该模型加倍真实地模拟实际的开采进程。该模型的唯一缺点是无法直接目视观测。安装各类传感器时，均以活动区为