CN103206227B - 一种地质工程实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地质工程实验装置，包括下承载板，所述下承载板的上方连接有水仓，所述水仓内部的中央位置安装有轴向伺服缸，所述轴向伺服缸的上端连接有下加载板，所述下加载板的上方中心位置处安装有三维加载装置，所述水仓上端的四个转角处均安装有液压千斤顶，所述三维加载装置的上端通过连接件连接有负荷传感器，所述负荷传感器的上端安装有上承载板，所述水仓的右侧连接有自动推入推出装置。本发明具有结构合理、使用方便等优点，能实现能自动推入推出三维加载装置的、可三维加载的、可最大限度模拟地下工程实验现状的、在模拟工程活动时能显现试验对象变化特性的、能真正做到与现场环境相似性的功能。

Description

一种地质工程实验装置

技术领域

本发明涉及地质工程技术领域，具体地说是一种地质工程实验装置。

背景技术

注浆技术是一项实用性强、应用范围广的工程技术，已被广泛的应用到煤矿、隧道、边坡、桥梁等各个领域，具有广阔的发展空间，尤其是在岩土加固工程中应用更广。由于岩土体赋存的地质环境复杂，且往往带有地下水的影响，注浆技术已成为改善岩土体结构及性能，提高岩土体自承载能力的有效途径之一，因此，注浆实验是该技术领域必不可少的重要实验，现有的大多数的加载装置只能做到二维加载，即只能做到X和Y两个方向上的应力加载，不能做到三维应力加载，现有设备中也有小部分加载装置能做到三维加载，但试验装置很小，不能达到相似模拟的要求，且其只能检测土样的强度指标，不能在模拟工程活动时显现试验对象的变化特性，即不能模拟地下工程实验现状。

例如，一：在动水条件下注浆，浆液的运动的规律研究不足。在动水环境中，浆液的流动一方面受注浆压力的作用，另一方面还受到动水压力的影响，浆液在注浆压力梯度和地下水力梯度的双重作用下运动，此时动力压力将成为影响浆液扩散的一个主要因素，而现有的实验装置在进行实验时根本就未能将这一因素考虑在内；二：在注浆过程中，浆液的性质随时间而变化，而目前的理论研究视浆液的性质与时间无关；三：地应力场、地下水渗流场对注浆参数和效果的影响缺乏系统研究；四：模拟试验研究暂不能真正做到与现场环境(如动水条件、压力条件、围岩条件等)的相似性。

另外，在实验过程中，需要制备相应的试验对象，对于小的压力室而言，试验对象可在试验台上直接制备，而对于大中型试验对象而言，必须在辅助的操作平台上完成试验对象的制备之后，才能将其移动至试验台上，因此，压力室的推入和推出给实验操作者带来很大的麻烦，浪费了大量的人力物力，而且给实验操作带来很多不便。因此，现有的有关地质工程实验装置存在很大的缺陷和局限性，已经不能满足技术人员对工程实际最大限度模拟的需求，迫切需要一种能实现能自动推入推出三维加载装置的、可三维加载的、可最大限度模拟地下工程实验现状的、在模拟工程活动时能显现试验对象变化特性的、能真正做到与现场环境相似性的地质工程实验装置。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种地质工程实验装置，能实现能自动推入推出三维加载装置的、可三维加载的、可最大限度模拟地下工程实验现状的、在模拟工程活动时能显现试验对象变化特性的、能真正做到与现场环境相似性的功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种地质工程实验装置，包括下承载板，所述下承载板的上方连接有水仓，所述水仓内部的中央位置安装有轴向伺服缸，所述轴向伺服缸的上端连接有下加载板，所述下加载板的上方中心位置处安装有三维加载装置，所述水仓的上端的四个转角处均安装有液压千斤顶，所述三维加载装置的上端通过连接件连接有负荷传感器，所述负荷传感器的上端安装有上承载板，所述上承载板的下端与所述液压千斤顶的上端连接，所述水仓的右侧连接有自动推入推出装置，且所述自动推入推出装置的上端与所述下加载板的上端齐平；水仓用以在实验过程中向三维加载装置的试验对象中提供动态水；轴向伺服缸用以通过下加载板对试验对象提供Z向应力，用以模拟地下应力场对试样施加Z向载荷时实验参数的变化；负荷传感器用以检测上承载板承受的压力。

所述三维加载装置包括水压加载板，所述水压加载板的四侧外端安装有第一加载皮囊，所述水压加载板凸台处四侧外端安装有第二加载皮囊，所述第一加载皮囊和所述第二加载皮囊之间安装有X、Y向承压板，所述第二加载皮囊的上端连接有Z向承压板，所述X、Y向承压板的上端连接有密封橡胶圈，所述密封橡胶圈的外侧和第一加载皮囊的内侧紧密贴合，所述密封橡胶圈的内侧和所述Z向承压板的外侧紧密贴合，第一加载皮囊和第二加载皮囊主要用来完成X、Y向的应力加载，X、Y向承压板用来承受和均衡X、Y向压力，Z向承压板用来承受和均衡Z向压力。

所述自动推入推出装置包括基座，所述基座上安装有操作平台，所述下加载板的左端和所述操作平台的右端安装有滑轮系，所述操作平台的右侧下端安装有定滑轮和卷扬机，且所述卷扬机位于所述定滑轮的右侧，所述卷扬机上缠绕有钢丝绳，且所述钢丝绳穿过所述滑轮系和所述定滑轮，所述钢丝绳的两个自由端分别固定在所述三维加载装置底部的左右两侧，定滑轮和滑轮系主要起导向作用，卷扬机正转和反转用以提供三维加载装置推入和推出的动力。

所述下加载板的上端的X向和Y向均设有T型槽，三维加载装置可沿着T型槽左右移动，便于三维加载装置的推入和推出。

所述第一加载皮囊和所述Z向承压板之间的四个转角处均通过连接件连接有隔板转轴，隔板转轴是为了隔离X和Y方向的负荷减小相互的影响。

所述水压加载板的凸台部设有多个透水孔，用以在模拟实验进行时，让水参与实验，以便更好地模拟地下工程实验现状。

本发明的有益效果是：一种地质工程实验装置具有结构合理、使用方便等优点，它能实现能自动推入推出三维加载装置的、可三维加载的、可最大限度模拟地下工程实验现状的、在模拟工程活动时能显现试验对象变化特性的、能真正做到与现场环境相似性的功能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是图1的A-A截面图；

图3是本发明的三维加载装置的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明的自动推入推出装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所述的一种地质工程实验装置，包括下承载板1，所述下承载板1的上方连接有水仓3，所述水仓3内部的中央位置安装有轴向伺服缸2，所述轴向伺服缸2的上端连接有下加载板4，所述下加载板4的上方中心位置处安装有三维加载装置6，所述水仓3的上端的四个转角处均安装有液压千斤顶5，所述三维加载装置6的上端通过连接件7连接有负荷传感器8，所述负荷传感器8的上端安装有上承载板9，所述上承载板9的下端与所述液压千斤顶5的上端连接，所述水仓3的右侧连接有自动推入推出装置10，且所述自动推入推出装置10的上端与所述下加载板的上端齐平。

如图3和图4所示，所述三维加载装置6包括水压加载板601，所述水压加载板601的四侧外端安装有第一加载皮囊603a，所述水压加载板601凸台处四侧外端安装有第二加载皮囊603b，所述第一加载皮囊603a和所述第二加载皮囊603b之间安装有X、Y向承压板602，所述第二加载皮囊603b的上端连接有Z向承压板605，所述X、Y向承压板的上端连接有密封橡胶圈604，所述密封橡胶圈604的外侧和第一加载皮囊603a的内侧紧密贴合，所述密封橡胶圈604的内侧和所述Z向承压板605的外侧紧密贴合，第一加载皮囊603a和第二加载皮囊603b主要用来完成X、Y向的应力加载，X、Y向承压板602用来承受和均衡X、Y向压力，Z向承压板605用来承受和均衡Z向压力。

如图5所示，所述自动推入推出装置10包括基座101，所述基座101上安装有操作平台106，所述下加载板4的左端和所述操作平台106的右端安装有滑轮系105，所述操作平台106的右侧下端安装有定滑轮102和卷扬机104，且所述卷扬机104位于所述定滑轮102的右侧，所述卷扬机104上缠绕有钢丝绳103，且所述钢丝绳103穿过所述滑轮系105和所述定滑轮102，所述钢丝绳103的两个自由端分别固定在所述三维加载装置6底部的左右两侧，定滑轮102和滑轮系105主要起导向作用，卷扬机104正转和反转用以提供三维加载装置6推入和推出的动力。

如图1和图2所示，所述下加载板4的上端的X向和Y向均设有T型槽，三维加载装置6可沿着T型槽左右移动，便于三维加载装置6的推入和推出。

如图5所示，所述第一加载皮囊603a和所述Z向承压板605之间的四个转角处均通过连接件607连接有隔板转轴606，隔板转轴606是为了隔离X和Y方向的负荷，减小相互的影响。

如图4所示，所述水压加载板601的凸台部设有多个透水孔6011，用以在模拟实验进行时，让水参与实验，以便更好地模拟地下工程实验现状。

操作时，首先使得四个液压千斤顶同时工作，四个液压千斤顶同时推着上承载板向上运动，当到达合适位置时，自动推入推出装置开始工作，使得卷扬机正转，在卷扬机的带动下，钢丝绳被牵引移动，定滑轮和滑轮系起导向作用，钢丝绳拉动三维加载装置向右移动，将三维加载装置顺着T型槽从下加载板上推出，移至操作平台上，将试验对象制作好需要将三维加载装置移至下加载板上时，只需使得卷扬机反转，当三维加载装置移至下加载板上，此时，再使得四个液压千斤顶同时工作，带着上承载板向下运动，恢复到初始位置即可；随后，要通过三维加载装置和轴向伺服缸对试验对象施加X、Y和Z向载荷，具体是通过第一加载皮囊实现X、Y向的应力加载，施加Z向压力通过Z向承压板对试验对象进行Z向的应力加载，试验对象在受压的情况下通过第二加载皮囊提供反力，在实验进行时，可对试验对象进行开挖，进而能在模拟工程活动时能显现试验对象变化特性，从而实时得出地应力场对注浆参数和效果的影响；水仓通过三维加载装置的水压加载板对试验对象提供动态水，让水参与实验，施加动态水压，从而实时得出地下水渗流场对注浆参数和效果的影响，以便更好地模拟地下工程实验现状，采用正交试验方法，进行浆液配比试验，分析不同配比浆液的黏度、析水率、结石率、抗压强度等参数的变化持征，确定最优配比方案；最终得出在工程实际中，注浆的浆液的最佳配比。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种地质工程实验装置，包括下承载板，其特征在于：所述下承载板的上方连接有水仓，所述水仓内部的中央位置安装有轴向伺服缸，所述轴向伺服缸的上端连接有下加载板，所述下加载板的上方中心位置处安装有三维加载装置，所述水仓的上端的四个转角处均安装有液压千斤顶，所述三维加载装置的上端通过连接件连接有负荷传感器，所述负荷传感器的上端安装有上承载板，所述上承载板的下端与所述液压千斤顶的上端连接，所述水仓的右侧连接有自动推入推出装置，且所述自动推入推出装置的上端与所述下加载板的上端齐平，所述三维加载装置包括水压加载板，所述水压加载板的四侧外端安装有第一加载皮囊，所述水压加载板凸台处四侧外端安装有第二加载皮囊，所述第一加载皮囊和所述第二加载皮囊之间安装有X、Y向承压板，所述第二加载皮囊的上端连接有Z向承压板，所述X、Y向承压板的上端连接有密封橡胶圈，所述密封橡胶圈的外侧和第一加载皮囊的内侧紧密贴合，所述密封橡胶圈的内侧和所述Z向承压板的外侧紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的一种地质工程实验装置，其特征在于：所述自动推入推出装置包括基座，所述基座上安装有操作平台，所述下加载板的左端和所述操作平台的右端安装有滑轮系，所述操作平台的右侧下端安装有定滑轮和卷扬机，且所述卷扬机位于所述定滑轮的右侧，所述卷扬机上缠绕有钢丝绳，且所述钢丝绳穿过所述滑轮系和所述定滑轮，所述钢丝绳的两个自由端分别固定在所述三维加载装置底部的左右两侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种地质工程实验装置，其特征在于：所述下加载板的上端的X向和Y向均设有T型槽。

4.根据权利要求1所述的一种地质工程实验装置，其特征在于：所述第一加载皮囊和所述Z向承压板之间的四个转角处均通过连接件连接有隔板转轴。

5.根据权利要求1所述的一种地质工程实验装置，其特征在于：所述水压加载板的凸台部设有多个透水孔。