CN103822830A

CN103822830A - 一种岩石真三轴试验加载系统

Info

Publication number: CN103822830A
Application number: CN201410089591.4A
Authority: CN
Inventors: 刘大安; 赵海斌; 牛晶蕊; 梅松华; 章杰; 陈建胜
Original assignee: Institute of Geology and Geophysics of CAS; Hydrochina Zhongnan Engineering Corp
Current assignee: Institute of Geology and Geophysics of CAS; Hydrochina Zhongnan Engineering Corp
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: CN103822830B

Abstract

本发明公开了一种岩石真三轴试验加载系统，包括底座，所述底座与多根拉杆底端连接，所述拉杆顶端穿过上支撑梁并与所述上支撑梁固定连接，所述底座上固定有用于支撑所述上支撑梁并可带动所述上支撑梁在竖直方向移动的顶升机构；所述上支撑梁底面和所述底座上分别固定有用于对试验样品施加竖直方向压力的轴动器；所述上支撑梁顶端与吊装装置连接，所述吊装装置通过吊索与设置在所述上支撑梁底面上的轴动器和所述底座上的轴动器之间的水平加载支撑件连接；所述水平加载支撑件侧面安装有用于对试验样品施加水平方向压力的加压装置。本发明结构简单，容易操作，占地面积小，可实现单轴、双轴、三轴加载试验，且试验误差小。

Description

一种岩石真三轴试验加载系统

技术领域

本发明涉及岩石试验系统,特别是一种岩石真三轴试验加载系统。

背景技术

目前已有的岩石试验系统通常只能进行单轴试验（见图1），或只能进行真三轴试验，同时具备单轴、双轴、多轴状态力学性质测试功能的试验机并不常见。少数可实现多种工况力学性质测试的试验系统在进行单轴、双轴试验时，其单轴试验部分和双轴试验部分装置是分离的，操作复杂，且试验误差大，占地面积较大。为对比岩石各种赋存状态对其力学性质的影响，尽量消除试验设备误差，通过对仪器进行最简便的操作，比如拆卸吊装等，可简便实现各类赋存工况力学性质分析测试的试验系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种操作简单、占地面积小、可实现单轴、双轴及三轴环境下的力学性质试验的岩石真三轴试验加载系统，减小试验设备误差。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种岩石真三轴试验加载系统，包括底座，所述底座与多根拉杆底端连接，所述拉杆顶端穿过上支撑梁并与所述上支撑梁固定连接，所述底座上固定有用于支撑所述上支撑梁并可带动所述上支撑梁在竖直方向移动的顶升机构；所述上支撑梁底面和所述底座上分别固定有用于对试验样品施加竖直方向压力的轴动器；所述上支撑梁顶端与吊装装置连接，所述吊装装置通过吊索与设置在所述上支撑梁底面上的轴动器和所述底座上的轴动器之间的水平加载支撑件连接；所述水平加载支撑件上开设有与试验样品大小匹配的通孔；所述拉杆穿过所述通孔；所述水平加载支撑件侧面安装有用于对试验样品施加水平方向压力的加压装置。

所述水平加载支撑件为至少包括四条侧边的多边形，所述多边形内侧的孔与所述试验样品大小匹配；所述多边形的侧边上开设有安装孔，所述安装孔内安装有用于对试验样品施加水平方向压力的水平加载轴动器。该水平加载支撑件结构简单，将试验样品放置在多边形孔内，油缸对试验样品施加水平方向压力，配合轴动器，即可实现真三轴试验，操作简单。

所述多边形侧边安装所述水平加载轴动器的位置高于该侧边其余部分，且该侧边位置较高的部分通过弧形曲面与所述较高位置两侧的侧边固定连接；弧形曲面可以防止应力集中，保证水平加载支撑件的结构强度。

所述多边形为中心对称的八边形，所述八边形的其中四条侧边上各安装有一个所述水平加载轴动器，且该四条侧边互不相连；八边形结构制造简单，具有较大的整体抗弯及抗扭刚度。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明结构简单，容易操作，占地面积小，对试件尺寸及规格无特殊要求，可实现单轴、双轴、三轴加载试验，且试验误差小。

附图说明

图1为竖向加载框架主视图；

图2为本发明一实施例四立柱式可吊装真三轴试验加载系统主视图；

图3 为竖向加载框架俯视图；

图4 为水平加载支撑件立体结构图；

图5 为四立柱式可吊装真三轴试验加载系统俯视图；

图6 为水平加载支撑件安装有油缸的一条侧边的纵向截面图；

图7 为图6的A-A截面示意图；

图8 为图6的B-B截面示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明一实施例包括底座5，所述底座5与4根拉杆2底端连接，所述拉杆2顶端穿过上支撑梁3并与所述上支撑梁3固定连接，所述底座5上固定有用于支撑所述上支撑梁3并可带动所述上支撑梁3在竖直方向移动的升降油缸1；所述上支撑梁3底面上固定有用于对试验样品施加竖直方向向下的压力的上轴动器6，所述底座5上固定有用于对试验样品施加竖直方向向上的压力的下轴动器4；所述上支撑梁3顶端与吊装装置9连接，所述吊装装置9通过吊索10与设置在所述上支撑梁3底面上的上轴动器6和所述底座5上的下轴动器4之间的水平加载支撑件7连接。

如图3所示，四根拉杆2穿过上支撑梁3，四个升降油缸1的活塞杆与上支撑梁下表面连接，用于支撑上支撑梁并带动上支撑梁在竖直方向移动。

所述水平加载支撑件7上开设有与试验样品大小匹配的通孔16，通孔16尺寸大于所述上支撑梁3横截面直径；水水平加载支撑件7横截面为中空的矩形框架，所述拉杆2穿过所述通孔16；所述水平加载支撑件7侧面安装有用于对试验样品施加水平方向压力的水平加载轴动器。如图4和图6所示，所述水平加载支撑件7为中心对称的八边形框架，所述八边形框架的其中四条侧边上各设有一个安装孔17，安装孔17内安装有一个所述水平加载轴动器8（安装方式如图7所示），且该四条侧边互不相连；八边形侧边安装所述水平加载轴动器8的位置高于该侧边其余部分，且该侧边位置较高的部分通过弧形曲面11（变截面）与所述较高位置两侧的侧边固定连接。本发明中，水平加载支撑件7提供XY双向加载及支撑力，X向和Y向互相独立，正交设置。

加卸载过程中，每个方向（X、Y、Z方向，Z方向为竖直加载方向，XY方向为水平加载方向）可以选择不同控制方式（负荷、位移、变形），并且可分步骤多段控制；可实现一向拉一向压（Z方向拉伸，X或Y方向压缩）、一向拉两向压（Z方向拉伸，X和Y方向压缩）、一向拉一向剪（Z方向拉伸，X或Y方向剪切）复合实验；可实现真三轴动静组合加载。

本发明的系统可以由单轴动静复合加载模式很方便的转换为双轴或真三轴动静复合加载模式。在进行真三轴实验前，通常先通过单轴压缩实验获得试件的单轴抗压强度、岩石平均弹性模量和平均泊松比。为了便于装卸岩石试件和进行单轴实验，可以将吊装装置固定到试验机上部空间。岩石单轴试验完成后，放下吊索和水平加载支撑件，按照预定的实验方案进行真三轴的加载，模拟试验样品的实际受力状态进行试验测试。

水平加载支撑件为焊接箱型结构，中空矩形框架（图8）截面为变截面设计（见图6）。如图8所示，焊接箱形梁（中空矩形框架）由上翼缘板18、下翼缘板19、两侧各一块腹板20连接组成，其整个截面均参与工作，具有较大的整体抗弯及抗扭刚度。而液压缸设置处，无法实现箱形截面，且该处弯矩最大，在此处做截面加强来保证强度要求。为了防止应力集中，在变截面处采用圆弧曲面过度（如图6所示）。

本发明采用双层聚四氟乙烯塑料薄膜作为减摩片，每次试验前安装在各轴动器加载压盘与试验样品之间，消除真三轴试验中各方向间的相互影响。

Claims

1.一种岩石真三轴试验加载系统，包括底座（5），所述底座（5）与多根拉杆（2）底端连接，所述拉杆（2）顶端穿过上支撑梁（3）并与所述上支撑梁（3）固定连接，所述底座（5）上固定有用于支撑所述上支撑梁（3）并可带动所述上支撑梁（3）在竖直方向移动的顶升机构；所述上支撑梁（3）底面和所述底座（5）上分别固定有用于对试验样品施加竖直方向压力的轴动器；其特征在于，所述上支撑梁（3）顶端与吊装装置（9）连接，所述吊装装置（9）通过吊索（10）与设置在所述上支撑梁（3）底面上的轴动器和所述底座（5）上的轴动器之间的水平加载支撑件（7）连接；所述水平加载支撑件（2）上开设有与试验样品大小匹配的通孔（16）；所述拉杆（2）穿过所述通孔（16）；所述水平加载支撑件（7）侧面安装有用于对试验样品施加水平方向压力的加压装置。

2.根据权利要求1所述的岩石真三轴试验加载系统，其特征在于，所述水平加载支撑件（7）为至少包括四条侧边的多边形，所述多边形内侧的通孔（16）与所述试验样品大小匹配；所述多边形的侧边上开设有安装孔（17），所述安装孔（17）内安装有用于对试验样品施加水平方向压力的水平加载轴动器（8）。

3.根据权利要求2所述的岩石真三轴试验加载系统，其特征在于，所述多边形侧边安装所述水平加载轴动器（8）的位置高于该侧边其余部分，且该侧边位置较高的部分通过弧形曲面（11）与所述较高位置两侧的侧边固定连接。

4.根据权利要求3所述的岩石真三轴试验加载系统，其特征在于，所述多边形为中心对称的八边形，所述八边形的其中四条侧边上各安装有一个所述水平加载轴动器（8），且该四条侧边互不相连。