CN101458192B - 一种滑动横置式对称加载结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑动横置式对称加载结构，其基本组成是两个滑动框架、真三轴压力室、两组支撑、以及两组呈井字型滑道。两个滑动框架正交横置，每个滑动框架上依次固定主框架横粱、副框架横梁、一对框架横柱、4对锁紧螺帽，液压千斤顶，反力座，框架横柱与主框架横梁和副框架横梁连接，外锁螺帽和内锁螺帽将框架横柱和主框架横粱、副框架横梁固定，液压千斤顶和反力座分别置于主框架横粱、副框架横梁的内侧；真三轴压力室在两个滑动框架正中；两个滑动框架通过对应的一组支撑放置在滑道上，并能在一定范围内自由移动。本发明的结构，能够保证试样在加载过程中内部应力均匀分布，且试样装卸方便，并且结构简单，成本相对较低。

Description

一种滑动横置式对称加载结构 

技术领域

本发明涉及一种用于滑动横置式对称加载结构，该加载结构可作为岩石真三轴试验系统加载部分的基本结构。

背景技术

岩石力学试验的主要目的是模拟在自然应力状态下岩石的力学形为。从所周知，自然界的岩体，尤其是在构造应力作用下，往往是三个方向应力不等，而目前现行的常规三轴试验只能模拟中间主应力和最小主应力相等的圆柱试样的力学特性。模拟三轴应力条件下岩石的力学特性采用真三轴试验系统(True triaxialtesting system：TTS)。大部分真三轴试验的岩样为长方体(或者立方体)，有6个面，可以在三个方向受到不同均匀的压力荷载，真三轴系统即测量这三个主方向在载荷作用下应力应变关系，同时也可以测量岩样不同方向的渗透系数。

主流的真三轴试验系统的加载结构可以分为以下四种类型：

1、三个方向三对千斤顶加载的固定式加载结构。该类型的加载结构基本采用立方试样，在试样的6个面采用6个千斤顶来安装。该结构的不足是，成本高，并且岩石试样的应用分布很不均匀，且渗透系数测量很不方便。

2、二个方向二对千斤顶加载和一个方向油压加载的固定式加载结构。该种结构较第一种已有改善，且可以测量渗透系数，但千斤顶加载的两个方向仍存在应力分布不均匀问题，以及4个千斤顶及配套管路和控制设备带来过高的成本。

3、二个方向二个千斤顶加载一个方向油压加载的双向滑动式加载结构，其中双向滑动框架是一水平一垂直，又称茂木式。该种结构只需要2个千斤顶加载，大大减少试验机成本，且框架的滑动性也保证了同一方向荷载大小一致和试样始终对中。其缺点是，垂直框架挡住三轴室，导致试样安装不便，成功率不高；为了克服垂直框架重力影响，对结果进行的改进，增大了机器的复杂性，和试验过 程的不稳定性。

4、二个方向三个千斤顶一个方向油压的单向滑动式结构框架。为了克服第3种结构垂直滑动框架缺点，将垂直方向改为固定框架，增加了1个千斤顶。造成了成本的相对提高。

发明内容

鉴于现有岩石真三轴系统加载结构存在的上述缺陷，本发明的目的是在于提供了一种用于岩石真三轴试验系统的滑动横置式对称加载结构，其能够继承茂木式真三轴系统加载结构的优点，并克服其由于垂直滑动框架带来的试样安装不便和试验过程的不稳定问题，且传感器的安装和扩展方便，并能实现在无油压情况下试样加载过程直接观察。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于滑动横置式对称加载结构，包括：滑动框架一、滑动框架二、真三轴压力室、底座、滑道、框架一支撑、框架二支撑。滑动框架一提供方向一的一对的加载；滑动框架二提供方向二的一对加载；井字型滑道和底座固定在一起；真三轴压力室，其为充满油的密闭体。

如上所述的滑动横置式对称加载结构，在滑动框架一上依次固定主框架横梁、副框架横梁、一对框架横柱、4对锁紧螺帽，液压千斤顶，反力座。框架横柱与主框架横梁和副框架横梁连接，外锁螺帽和内锁螺帽将框架横柱和主框架横梁、副框架横梁固定；液压千斤顶和反力座分别置于主框架横粱、副框架横梁的内侧。

如上所述的滑动横置式对称加载结构，在滑动框架二上依次固定主框架横梁、副框架横梁、一对框架横柱、4对锁紧螺帽，液压千斤顶，反力座。框架横柱与主框架横梁和副框架横梁连接，外锁螺帽和内锁螺帽将框架横柱和主框架横梁、副框架横梁固定；液压千斤顶和反力座分别置于主框架横梁、副框架横梁的内侧。

如上所述的滑动横置式对称加载结构，其滑动第一框架和滑动第二框架均横直并采用斜交式，避免了空间上的冲突。

如上所述的滑动横置式对称加载结构，其滑动框架一和滑动框架二分别通过框架一支撑和框架二支撑安放井字型滑道，并可以沿方向一和方向二滑动，从而 保证每个方向试样的两个面在加载过程中受到的载荷对称。

如上所述的滑动横置式对称加载结构，其真三轴压力室，安装岩石试样，提供方向三的加载，并含有二对正交的滑塞传递框架一和框架二的载荷。

如上所述的滑动横置式对称加载结构，因其滑动框架一和滑动框架二横置，其上方无遮挡，可以方便进行试验和传感器的装卸以及试验机的检修。

本发明的有益效果是，本发明的滑动横置式对称加载结构采用二个横置交错式滑动框架，使加载时试样两端载荷大小一致同时，同时保持试样始终处在中心位置，从而保证了试样内部应力分布均匀。本发明的真三轴压力室上方无遮挡，从而也确保试样和传感器可以方便装，同时也为系统的检修传感器的扩展带来便利。另外，本发明的横置式对称加载结构只需要两个千斤顶和真三轴室的油压加载，简化了真三轴的系统的结构和控制系统，降低岩石真三轴系统制造成本。

附图说明

图1滑动横置式对称加载结构俯视图；

图2滑动横置式对称加载结构前视图；

图3滑动横置式对称加载结构后视图；

图4真三轴压力室内空俯视图；

其中：

1-滑动框架一(包括第一主框架横粱1.1、第一副框架横梁1.2、第一液压千斤顶1.3、第一框架横柱1.4(1.4a、1.4b共两根)、第一外锁螺帽1.5(1.5a、1.5b、1.5c、1.5d共4个)、第一内锁螺帽1.6(1.6a、1.6b、1.6c、1.6d共4个)、第一反力座1.7)；

2-滑动框架二(包括第二主框架横粱2.1、第二副框架横梁2.2、第二液压千斤顶2.3、第二框架横柱2.4(2.4a、2.4b共两根)、第二外锁螺帽2.5(2.5a、2.5b、2.5c、2.5d共4个)、第二内锁螺帽2.6(2.6a、2.6b、2.6c、2.6d共4个)、第二反力座2.7)；

3-真三轴压力室(包括真三轴室壁3.1、活塞3.2(3.2a、3.2b、3.2c、3.2d共4个))；

4-底座

5-滑道(包括框架一滑道5.1(5.1a、5.1b共2条)、框架二滑道5.2(5.2a、5.2b共2条))；

6-框架一支撑(包括支撑6.1(支撑立柱6.1a，支撑滑轮6.1b)、支撑6.2(支撑立柱6.2a，支撑滑轮6.2b)、包括支撑6.3(支撑立柱6.3a，支撑滑轮6.3b)、包括支撑6.4(支撑立柱6.4a，支撑滑轮6.4b)，共4个支撑)；

7-框架二支撑(包括支撑7.1(支撑立柱7.1a，支撑滑轮7.1b)、支撑7.2(支撑立柱7.2a，支撑滑轮7.2b)、包括支撑7.3(支撑立柱7.3a，支撑滑轮7.3b)、包括支撑7.4(支撑立柱7.4a，支撑滑轮7.4b)，共4个支撑)；

8-端部垫块(8.1、8.2、8.3、8.4，共4个)；

9-岩石试样；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

如图1、2和3所示，滑动框架一1包括第一主框架横粱1.1、第一副框架横梁1.2、第一液压千斤顶1.3、线形框架横柱1.4、第一外锁螺帽1.5、第一内锁螺帽1.6和第一反力座1.7。第一框架横柱1.4与第一主框架横梁1.1和第一副框架横梁1.2连接，第一外锁螺帽1.5和第一内锁螺帽1.6将第一框架横柱1.4和第一主框架横梁1.1、第一副框架横梁1.2固定；第一液压千斤顶1.3和第一反力座1.7分别置于第一主框架横梁1.1、第一副框架横梁1.2的内侧。

如图1、2和3所示，滑动框架二2包括第二主框架横梁2.1、第二副框架横梁2.2、第二液压千斤顶2.3、第二框架横柱2.4、第二外锁螺帽2.5、第二内锁螺帽2.6和第二反力座2.7。第二框架横柱2.4与第二主框架横梁2.1和第二副框架横梁2.2连接，第二外锁螺帽2.5和第二内锁螺帽2.6将第二框架横柱2.4和第二主框架横梁2.1、第二副框架横梁2.2固定；第二液压千斤顶2.3和第二反力座2.7分别置于第二主框架横梁2.1、第二副框架横梁2.2的内侧。

如图2、3所示，底座4和滑道5组成一体，滑动框架一1通过支撑6安放在滑道5.1上，滑动框架二2通过支撑7安放在滑道5.2上，滑动框架一1和滑动框架二2分别可以沿滑道5.1和滑道5.2在一定范围内自由滑动。其中支撑6和支撑7能够实现滑动框架一1和滑动框架二2在水平方向以一定角度倾斜，避 免了滑动框架一1和滑动框架二2空间上的冲突。

如图1、4所示，真三轴压力室3包括真三轴室壁3.1、活塞3.2。试验时，真三轴压力室3的内空安置岩石试样9和端部垫块8，端部垫块8.1、8.2、8.3、8.4分别安装在岩石试样9法向水平的4个面，并分别传递活塞3.2a、3.2b、3.2c、3.2d的载荷至岩石试样9。活塞3.2a、3.2c分别和滑动框架一1上的第一液压千斤顶1.3和第一反力座1.7相接触并传递载荷到端部垫块8.1和8.3；活塞3.2d、3.2b分别和滑动框架二2上的第二液压千斤顶2.3和第二反力座2.7相接触并传递载荷至端部垫块8.4和8.2。

如图1、2、3、4所示，试验时，首先通过试样固定装置(图中未示出)将岩石试样9安置的正中位置，然后滑动框架一1和滑动框架二2给岩石试样9预压，再退下固定装置(图中未示出)。当滑动框架一1上的第一液压千斤顶1.3作动时，由于滑动框架一1支撑6在滑道5.1上的滑动阻力很小，且小于岩石试样9和端部垫块8.1、8.3的静摩擦力以及端部垫块8.1、8.3和活塞3.2a、3.2c的静摩擦力，因此滑动框架一1沿着滑动框架一5.1滑道朝第一液压千斤顶1.3作动的反方向移动，而岩石试样9并未发生移动，此时由于滑动框架一1的移动从而使第一反力座1.7施加载荷，跟据力的平衡原理，第一反力座1.7所施加载荷跟第一液压千斤顶1.3作动载荷大一相同，方向相反，从而使岩石试样9方向一的两端受到相等压力。同理，滑动框架二2也是上述一致的施压原理，也使岩石试样9的方向二两端受到相等的压力。跟据上述的原理，可知岩石试样9的法向水平的二对面在加载过程中始终保持一致，并且试样也始终处于中间位置。

如图2、3、4所示，滑动框架一1和滑动框架二2以一定的倾角(滑动框架一1的倾斜角度为15°～25°，滑动框架二2的倾斜角度为23°～34°，视真三轴系统的吨位、大小而定)水平正交横置，且真三轴压力室3上方无任何阻挡，方便装卸岩石试样9以及检修。

本发明滑动横置式对称加载结构，采用的交错式水平双向横置滑动式框架，克服了固定式框架结构带来系统成本高、结构复杂且试样应用分布不均匀的缺陷，也克服了一向垂直和一向水平滑动式框架结构带来的试样安装成功率低、系统加载过程不稳定的缺陷。由于双向滑动框架的水平放置，在千斤顶作动时，框架为了维持平衡而滑动，使得试样两端受到相等的载荷，而试样始终处在中心位 置，确保了试样内部应力始终均匀分布。

本发明的滑动横置式对称加载结构可用于岩石真三轴试验系统。

Claims (3)

1.一种滑动横置式对称加载结构，它包括滑动框架一(1)、滑动框架二(2)、真三轴压力室(3)、底座(4)、滑道(5)、框架一支撑(6)，框架二支撑(7)，其特征在于：在滑动框架一(1)上依次固定第一主框架横粱(1.1)、第一副框架横梁(1.2)、第一液压千斤顶(1.3)、一对第一框架横柱(1.4)、第一外锁螺帽(1.5)、第一内锁螺帽(1.6)、第一反力座(1.7)，第一框架横柱(1.4)与第一主框架横梁(1.1)和第一副框架横梁(1.2)连接，第一外锁螺帽(1.5)和第一内锁螺帽(1.6)将第一框架横柱(1.4)和第一主框架横粱(1.1)、第一副框架横梁(1.2)固定；第一液压千斤顶(1.3)和第一反力座(1.7)分别置于第一主框架横粱(1.1)、第一副框架横梁(1.2)的内侧；在滑动框架二(2)上依次固定第二主框架横粱(2.1)、第二副框架横梁(2.2)、第二液压千斤顶(2.3)、一对第二框架横柱(2.4)、第二外锁螺帽(2.5)、第二内锁螺帽(2.6)、第二反力座(2.7)，第二框架横柱(2.4)与第二主框架横梁(2.1)和第二副框架横梁(2.2)连接，第二外锁螺帽(2.5)和第二内锁螺帽(2.6)将第二框架横柱(2.4)和第二主框架横粱(2.1)、第二副框架横梁(2.2)固定；第二液压千斤顶(2.3)和第二反力座(2.7)分别置于第二主框架横粱(2.1)、第二副框架横梁(2.2)的内侧；滑动框架一(1)和滑动框架二(2)均横置，真三轴压力室(3)放置在滑动框架一(1)和滑动框架二(2)的正中位置，滑动框架一(1)的倾斜角度为15°～25°；滑动框架二(2)的倾斜角度为23°～34°。

2.根据权利要求1所述的一种滑动横置式对称加载结构，其特征在于：所述的滑动框架一(1)和滑动框架二(2)分别通过框架一支撑(6)和框架二支撑(7)安放滑道(5)上。

3.根据权利要求1所述的一种用于滑动横置式对称加载结构，其特征在于：所述的滑动框架一(1)和滑动框架二(2)以一定倾角倾斜，并水平正交横置。 

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