CN104990789B - 一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置，属于岩石力学试验领域；上承压板、立柱、连接件和下承压板共同构成机架；变角设置机构、偏载设置机构、动态观测装置、加载装置从上往下依次放置于机架上承压板与下承压板之间，彼此间为平面接触；该装置通过调节变角设置机构和偏载设置机构来设定加载面积和加载角度，进而借助加载装置对试件施加偏心荷载，并通过动态观察装置对试件表面细观裂隙进行实时、连续的观测，是一种自动化程度高、操作简单的试验设备。

Description

一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置

技术领域

本发明涉及岩石力学试验领域，尤其涉及一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置。

背景技术

煤岩体由于受实际地质条件影响经常处于不均匀载荷作用之中，特别是偏心载荷作用，因此在实验室实现偏心载荷，对扩展与丰富现有岩石力学试验具有重要意义。由于以往对偏心载荷重视不足，大多数传统岩石力学试验设备在设计时未考虑实现偏心载荷的功能，导致可实现偏心载荷试验设备及其匮乏，而为了更深入认识煤岩体在实际载荷作用(即偏心载荷)下其微结构尺度、数量等的变化规律，开发能实现偏心载荷作用的岩石细观力学试验装置就显得尤为重要。现有设备存在精度低、自动化程度不高、数据采集不能实现连续化、实时化等缺点，造成实验结果受人为因素影响较大，给数据采集、处理、分析造成极大干扰。

发明内容

为了实现加载过程中对试件宏细观观测并动态收集实验数据，提高实验数据采集的及时性和准确性，本发明的实施例提供了一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置，包括变角设置机构、偏载设置机构、动态观测装置、加载装置和机架；所述变角设置机构设在所述机架的顶部；所述偏载设置机构设在所述变角设置机构的下方；所述动态观测装置设在所述偏载设置机构的下方；所述加载装置设在所述动态观测装置的下方。

进一步地，所述机架包含上承压板、下承压板、立柱和连接件；所述上承压板和所述下承压板分别设在所述立柱的两端；所述上承压板和所述下承压板分别通过所述连接件与所述立柱连接。

进一步地，所述变角设置机构包含激光测角仪、变角轴、变角螺母、变角连接轴、变角连接套筒、变角轴上支座和变角轴下支座；所述变角轴下支座两端连接在所述立柱上；所述变角连接套筒套在所述立柱上；所述变角连接轴连接所述变角连接套筒套的侧面；所述变角轴的第一端通过变角螺母固定在所述变角连接轴；所述变角轴的第二端通过所述变角轴上支座固定在所述上承压板上；所述变角轴的第三端连接所述变角轴下支座；激光测角仪设在上承压板侧面。

进一步地，所述偏载设置机构包含偏载连接板、偏载压头、偏载轴、偏载支撑轴、偏载辅助滑块、偏载螺母、偏载轴辅助支座和活动螺栓；所述偏载连接板通过活动螺栓固定在所述上承压板的底部；所述偏载轴通过所述偏载轴辅助支座连接所述偏载连接板；所述偏载压头设在所述偏载轴上；所述偏载辅助滑块设在所述偏载压头的两侧；所述偏载支撑轴设在所述偏载连接板的两侧。

进一步地，所述动态观测装置包含由压力测量装置、压力转换器、压力固定架、变形测量装置、变形固定架、变形转换器、细观观测仪器和细观观测支架；所述压力测量装置通过所述压力固定架固定在试件上；压力转换器连接所述压力测量装置；所述变形测量装置通过所述变形固定架固定在试件上；所述变形转换器连接所述变形测量装置；所述细观观测支架设在所述立柱上；所述细观观测仪器设在所述细观观测支架上。

进一步地，所述加载装置包含分离式液压千斤顶、数控电动液压油泵、油泵控制器、承压垫块；所述分离式液压千斤顶设在所述下承压板上；所述数控电动液压油泵连接所述分离式液压千斤顶；所述油泵控制器连接所述数控电动液压油泵；所述承压垫块设在所述分离式液压千斤顶上方。

进一步地，所述变角连接套筒中部设有与变角连接轴相配套的凸出螺纹孔，以供变角连接轴紧密连接；变角螺母两侧留有与变角连接轴相配套的凸出螺纹孔，可供变角连接轴紧密连接。

进一步地，所述偏载轴表面设有数显刻度尺，用以实时读取偏载压头的偏载距。

进一步地，所述细观观测仪器、所述变形测量装置、所述压力测量装置均通过数据线、端口和计算机相连接，实现数据的实时读取。

进一步地，所述变形测量装置为应变计；所述压力测量装置为压力传感器；所述细观观测仪器为连续变焦的数码显微镜。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过调节变角设置机构和偏载设置机构来达到设定的加载面积和加载角度，通过加载装置实现对试件一定载荷的加载，通过数据采集系统来实时获取实验数据，研究试件在加载过程中的细观力学性质，极大提高了试验的效率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置的主视图；

图2是本发明一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置的俯视图；

图3是本发明上承压板的侧视图；

图4是本发明变角轴下支座示意图；

图5是本发明变角轴上支座示意图；

图6是本发明偏载设置机构示意图；

图7是本发明动态观测装置示意图。

图中，1-下承压板，2-压力测量装置，3-分离式液压千斤顶，4-应变计，5-偏载连接板，6-偏载压头，7-激光测角仪，8-偏载轴，10-变角连接套筒，11-偏载支撑轴，13-变角轴，14-上承压板，15-偏载辅助滑块，16-承压垫块，17-变角轴上支座，18-螺母，19-变形测量装置，20-试件，21-变形测量支架，22-变角连接轴，27-变角螺母，28-螺栓孔，29-变角连接轴卡口，30-偏载轴辅助支座，31-偏载支撑轴支座，32-偏载轴支座，33-偏载支撑轴支座，43-变角轴下支座，44-光轴，47-变角轴上支座，50-立柱，51-立柱，52-立柱，53-立柱。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

为了解决上述现有技术的缺点，本发明实施例设计了一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置，如图1所示，包括变角设置机构100、偏载设置机构101、动态观测装置102、加载装置103和机架；变角设置机构100设在机架的顶部；偏载设置机构101设在变角设置机构100的下方；动态观测装置102设在偏载设置机构101的下方；加载装置103设在动态观测装置102的下方。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过调节变角设置机构和偏载设置机构来达到设定的加载面积和加载角度，通过加载装置实现对试件一定载荷的加载，通过数据采集系统来实时获取实验数据，研究试件在加载过程中的细观力学性质，极大提高了试验的效率。

实施例二

为了解决上述现有技术的缺点，本发明实施例设计了一种三维变角度偏心加载试验装置，如图1和图2所示，包括变角设置机构100、偏载设置机构101、动态观测装置102、加载装置103和机架；变角设置机构100设在机架的顶部；偏载设置机构101设在变角设置机构100的下方；动态观测装置102设在偏载设置机构101的下方；加载装置103设在动态观测装置102的下方。机架包含上承压板14、下承压板1、立柱50、立柱51、立柱52、立柱53和连接件；上承压板14和下承压板1分别安装在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53的两端；上承压板14和下承压板1分别通过连接件与立柱50、立柱51、立柱52、立柱53连接，连接件为螺母。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过调节变角设置机构和偏载设置机构来达到设定的加载面积和加载角度，通过加载装置实现对试件一定载荷的加载，通过数据采集系统来实时获取实验数据，研究试件在加载过程中的细观力学性质，极大提高了试验的效率。

实施例三

为了解决上述现有技术的缺点，本发明实施例设计了一种三维变角度偏心加载试验装置，如图1至图5所示，包括变角设置机构100、偏载设置机构101、动态观测装置102、加载装置103和机架；变角设置机构100设在机架的顶部；偏载设置机构101设在变角设置机构100的下方；动态观测装置102设在偏载设置机构101的下方；加载装置103设在动态观测装置102的下方。机架包含上承压板14、下承压板1、立柱50、立柱51、立柱52、立柱53和连接件；上承压板14和下承压板1分别安装在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53的两端；上承压板14和下承压板1分别通过连接件与立柱50、立柱51、立柱52、立柱53连接，连接件为螺母。所述变角设置机构100包含激光测角仪7、变角轴13、变角螺母27、变角连接轴22、变角连接套筒10、变角轴上支座47和变角轴下支座17；所述变角轴下支座17两端连接在所述立柱52、立柱53上；变角连接套筒10分别套在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53上；所述变角连接轴22连接所述立柱52、立柱53上的变角连接套筒套10的侧面；变角连接套筒10中部设有与变角连接轴22相配套的凸出螺纹孔，以供变角连接轴22紧密连接；立柱50、立柱51上的变角连接套筒套10上装有光轴44，变角轴13为滚珠丝杠；所述变角轴13的第一端通过变角螺母27固定在所述变角连接轴22；所述变角轴13的第二端通过所述变角轴上支座47固定在所述上承压板14上；所述变角轴13的第三端连接所述变角轴下支座17；激光测角仪7设在上承压板14侧面。

试验前，调节变角设置机构100的变角螺母27，变角螺母27带动变角轴13转动，从而使与变角连接套筒10、变角连接轴22相连的上承压板14绕着另一变角连接轴22转动，达到变角设置机构100所需转动的角度后，用变角螺母27固定。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过调节变角设置机构和偏载设置机构来达到设定的加载面积和加载角度，通过加载装置实现对试件一定载荷的加载，通过数据采集系统来实时获取实验数据，研究试件在加载过程中的细观力学性质，极大提高了试验的效率。

实施例四

为了解决上述现有技术的缺点，本发明实施例设计了一种三维变角度偏心加载试验装置，如图1至图6所示，包括变角设置机构100、偏载设置机构101、动态观测装置102、加载装置103和机架；变角设置机构100设在机架的顶部；偏载设置机构101设在变角设置机构100的下方；动态观测装置102设在偏载设置机构101的下方；加载装置103设在动态观测装置102的下方。机架包含上承压板14、下承压板1、立柱9和连接件；上承压板14和下承压板1分别安装在立柱9的两端；上承压板14和下承压板1分别通过连接件与立柱连接，连接件为螺母18。机架包含上承压板14、下承压板1、立柱50、立柱51、立柱52、立柱53和连接件；上承压板14和下承压板1分别安装在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53的两端；上承压板14和下承压板1分别通过连接件与立柱50、立柱51、立柱52、立柱53连接，连接件为螺母。所述变角设置机构100包含激光测角仪7、变角轴13、变角螺母27、变角连接轴22、变角连接套筒10、变角轴上支座47和变角轴下支座17；所述变角轴下支座17两端连接在所述立柱52、立柱53上；变角连接套筒10分别套在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53上；所述变角连接轴22连接所述立柱52、立柱53上的变角连接套筒套10的侧面；变角连接套筒10中部设有与变角连接轴22相配套的凸出螺纹孔，以供变角连接轴22紧密连接；立柱50、立柱51上的变角连接套筒套10上装有光轴44，变角轴13为滚珠丝杠；所述变角轴13的第一端通过变角螺母27固定在所述变角连接轴22；所述变角轴13的第二端通过所述变角轴上支座47固定在所述上承压板14上；所述变角轴13的第三端连接所述变角轴下支座17；激光测角仪7设在上承压板14侧面。偏载设置机构101包含偏载连接板5、偏载压头6、偏载轴8、偏载支撑轴11、偏载辅助滑块15、偏载螺母、偏载轴辅助支座和活动螺栓17；偏载连接板5通过活动螺栓17固定在上承压板14的底部；偏载轴8通过偏载轴辅助支座连接偏载连接板5；偏载压头6设在偏载轴8上；偏载辅助滑块15设在偏载压头6的两侧；偏载支撑轴11设在偏载连接板5的两侧。

试验前，调节变角设置机构100的变角螺母27，变角螺母27带动变角轴13转动，从而使与变角连接套筒10、变角连接轴22相连的上承压板14绕着另一变角连接轴22转动，达到变角设置机构100所需转动的角度后，用变角螺母27固定。通过偏载设置机构101的偏载轴8调节偏载压头6的加载位置，然后通过活动螺栓17和螺母18将偏载设置机构101固定在变角设置机构100的上承压板14上，贴合紧密使之成为一个整体。当需要更改试验参数时，需要松开活动螺栓17、螺母18，重新调节变角设置机构100和偏载设置机构101所需的角度和偏载量。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过调节变角设置机构和偏载设置机构来达到设定的加载面积和加载角度，通过加载装置实现对试件一定载荷的加载，通过数据采集系统来实时获取实验数据，研究试件在加载过程中的细观力学性质，极大提高了试验的效率。

实施例五

为了解决上述现有技术的缺点，本发明实施例设计了一种三维变角度偏心加载试验装置，如图1至图7所示，包括变角设置机构100、偏载设置机构101、动态观测装置102、加载装置103和机架；变角设置机构100设在机架的顶部；偏载设置机构101设在变角设置机构100的下方；动态观测装置102设在偏载设置机构101的下方；加载装置103设在动态观测装置102的下方。机架包含上承压板14、下承压板1、立柱9和连接件；上承压板14和下承压板1分别安装在立柱9的两端；上承压板14和下承压板1分别通过连接件与立柱连接，连接件为螺母18。机架包含上承压板14、下承压板1、立柱50、立柱51、立柱52、立柱53和连接件；上承压板14和下承压板1分别安装在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53的两端；上承压板14和下承压板1分别通过连接件与立柱50、立柱51、立柱52、立柱53连接，连接件为螺母。所述变角设置机构100包含激光测角仪7、变角轴13、变角螺母27、变角连接轴22、变角连接套筒10、变角轴上支座47和变角轴下支座17；所述变角轴下支座17两端连接在所述立柱52、立柱53上；变角连接套筒10分别套在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53上；所述变角连接轴22连接所述立柱52、立柱53上的变角连接套筒套10的侧面；变角连接套筒10中部设有与变角连接轴22相配套的凸出螺纹孔，以供变角连接轴22紧密连接；立柱50、立柱51上的变角连接套筒套10上装有光轴44，变角轴13为滚珠丝杠；所述变角轴13的第一端通过变角螺母27固定在所述变角连接轴22；所述变角轴13的第二端通过所述变角轴上支座47固定在所述上承压板14上；所述变角轴13的第三端连接所述变角轴下支座17；激光测角仪7设在上承压板14侧面。偏载设置机构101包含偏载连接板5、偏载压头6、偏载轴8、偏载支撑轴11、偏载辅助滑块15、偏载螺母、偏载轴辅助支座和活动螺栓17；偏载连接板5通过活动螺栓17固定在上承压板14的底部；偏载轴8通过偏载轴辅助支座连接偏载连接板5；偏载压头6设在偏载轴8上；偏载辅助滑块15设在偏载压头6的两侧；偏载支撑轴11设在偏载连接板5的两侧。动态观测装置102包含由压力观测装置2、压力转换器、压力固定架、变形观测装置4、变形固定架、变形转换器、细观观测仪器19和细观观测支架21；压力观测装置2通过压力固定架固定在试件20上；压力观测装置2为压力传感器；压力转换器为BSQ-2压力变送器，压力转换器连接压力观测装置2；变形观测装置4通过变形固定架固定在试件20上；变形观测装置4为应变计；变形转换器为ACE数显千分表，自身可连接电脑，读取参数，变形转换器连接变形观测装置4；细观观测支架21设在立柱9上；细观观测仪器19设在细观观测支架21上；细观观测仪器19为连续变焦的数码显微镜。

试验前，调节变角设置机构100的变角螺母27，变角螺母27带动变角轴13转动，从而使与变角连接套筒10、变角连接轴22相连的上承压板14绕着另一变角连接轴22转动，达到变角设置机构100所需转动的角度后，用变角螺母27固定。通过偏载设置机构101的偏载轴8调节偏载压头6的加载位置，然后通过活动螺栓17和螺母18将偏载设置机构101固定在变角设置机构100的上承压板14上，贴合紧密使之成为一个整体。当需要更改试验参数时，需要松开活动螺栓17、螺母18，重新调节变角设置机构100和偏载设置机构101所需的角度和偏载量。试验过程中，动态观测装置102与计算机相连并实时动态采集实时数据，保证了数据采集的准确性，通过采集相关数据(图片、录像、应力应变曲线等)来研究材料的细观断裂力学性质，如细观微结构的发育、发展、演化。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过调节变角设置机构和偏载设置机构来达到设定的加载面积和加载角度，通过加载装置实现对试件一定载荷的加载，通过数据采集系统来实时获取实验数据，研究试件在加载过程中的细观力学性质，极大提高了试验的效率。

实施例六

为了解决上述现有技术的缺点，本发明实施例设计了一种三维变角度偏心加载试验装置，如图1至图7所示，包括变角设置机构100、偏载设置机构101、动态观测装置102、加载装置103和机架；变角设置机构100设在机架的顶部；偏载设置机构101设在变角设置机构100的下方；动态观测装置102设在偏载设置机构101的下方；加载装置103设在动态观测装置102的下方。机架包含上承压板14、下承压板1、立柱9和连接件；上承压板14和下承压板1分别安装在立柱9的两端；上承压板14和下承压板1分别通过连接件与立柱连接，连接件为螺母18。机架包含上承压板14、下承压板1、立柱50、立柱51、立柱52、立柱53和连接件；上承压板14和下承压板1分别安装在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53的两端；上承压板14和下承压板1分别通过连接件与立柱50、立柱51、立柱52、立柱53连接，连接件为螺母。所述变角设置机构100包含激光测角仪7、变角轴13、变角螺母27、变角连接轴22、变角连接套筒10、变角轴上支座47和变角轴下支座17；所述变角轴下支座17两端连接在所述立柱52、立柱53上；变角连接套筒10分别套在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53上；所述变角连接轴22连接所述立柱52、立柱53上的变角连接套筒套10的侧面；变角连接套筒10中部设有与变角连接轴22相配套的凸出螺纹孔，以供变角连接轴22紧密连接；立柱50、立柱51上的变角连接套筒套10上装有光轴44，变角轴13为滚珠丝杠；所述变角轴13的第一端通过变角螺母27固定在所述变角连接轴22；所述变角轴13的第二端通过所述变角轴上支座47固定在所述上承压板14上；所述变角轴13的第三端连接所述变角轴下支座17；激光测角仪7设在上承压板14侧面。偏载设置机构101包含偏载连接板5、偏载压头6、偏载轴8、偏载支撑轴11、偏载辅助滑块15、偏载螺母、偏载轴辅助支座和活动螺栓17；偏载连接板5通过活动螺栓17固定在上承压板14的底部；偏载轴8通过偏载轴辅助支座连接偏载连接板5；偏载压头6设在偏载轴8上；偏载辅助滑块15设在偏载压头6的两侧；偏载支撑轴11设在偏载连接板5的两侧。动态观测装置102包含由压力观测装置2、压力转换器、压力固定架、变形观测装置4、变形固定架、变形转换器、细观观测仪器19和细观观测支架21；压力观测装置2通过压力固定架固定在试件20上；压力观测装置2为压力传感器；压力转换器为BSQ-2压力变送器，压力转换器连接压力观测装置2；变形观测装置4通过变形固定架固定在试件20上；变形观测装置4为应变计；变形转换器为ACE数显千分表，自身可连接电脑，读取参数，变形转换器连接变形观测装置4；细观观测支架21设在立柱9上；细观观测仪器19设在细观观测支架21上；细观观测仪器19为连续变焦的数码显微镜。加载装置103包含分离式液压千斤顶3、数控电动液压油泵、油泵控制器、承压垫块16；分离式液压千斤顶3设在下承压板1上；数控电动液压油泵连接分离式液压千斤顶3；油泵控制器连接数控电动液压油泵；承压垫块16设在分离式液压千斤顶3上方。

试验前，调节变角设置机构100的变角螺母27，变角螺母27带动变角轴13转动，从而使与变角连接套筒10、变角连接轴22相连的上承压板14绕着另一变角连接轴22转动，达到变角设置机构100所需转动的角度后，用变角螺母27固定。通过偏载设置机构101的偏载轴8调节偏载压头6的加载位置，然后通过活动螺栓17和螺母18将偏载设置机构101固定在变角设置机构100的上承压板14上，贴合紧密使之成为一个整体。当需要更改试验参数时，需要松开活动螺栓17、螺母18，重新调节变角设置机构100和偏载设置机构101所需的角度和偏载量。试验过程中，动态观测装置102与计算机相连并实时动态采集实时数据，保证了数据采集的准确性，通过采集相关数据(图片、录像、应力应变曲线等)来研究材料的细观断裂力学性质，如细观微结构的发育、发展、演化。加载时，将试件20放在承压垫块16上，通过加载装置103加压托起试件20，使之和偏载设置机构101的偏载压头6下表面紧密接触，通过加载装置加载至所需载荷。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过调节变角设置机构和偏载设置机构来达到设定的加载面积和加载角度，通过加载装置实现对试件一定载荷的加载，通过数据采集系统来实时获取实验数据，研究试件在加载过程中的细观力学性质，极大提高了试验的效率。

实施例七

为了解决上述现有技术的缺点，本发明实施例设计了一种三维变角度偏心加载试验装置，如图1至图7所示，包括变角设置机构100、偏载设置机构101、动态观测装置102、加载装置103和机架；变角设置机构100设在机架的顶部；偏载设置机构101设在变角设置机构100的下方；动态观测装置102设在偏载设置机构101的下方；加载装置103设在动态观测装置102的下方。机架包含上承压板14、下承压板1、立柱9和连接件；上承压板14和下承压板1分别安装在立柱9的两端；上承压板14和下承压板1分别通过连接件与立柱连接，连接件为螺母18。机架包含上承压板14、下承压板1、立柱50、立柱51、立柱52、立柱53和连接件；上承压板14和下承压板1分别安装在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53的两端；上承压板14和下承压板1分别通过连接件与立柱50、立柱51、立柱52、立柱53连接，连接件为螺母。所述变角设置机构100包含激光测角仪7、变角轴13、变角螺母27、变角连接轴22、变角连接套筒10、变角轴上支座47和变角轴下支座17；所述变角轴下支座17两端连接在所述立柱52、立柱53上；变角连接套筒10分别套在立柱50、立柱51、立柱52、立柱53上；所述变角连接轴22连接所述立柱52、立柱53上的变角连接套筒套10的侧面；变角连接套筒10中部设有与变角连接轴22相配套的凸出螺纹孔，以供变角连接轴22紧密连接；立柱50、立柱51上的变角连接套筒套10上装有光轴44，变角轴13为滚珠丝杠；所述变角轴13的第一端通过变角螺母27固定在所述变角连接轴22；所述变角轴13的第二端通过所述变角轴上支座47固定在所述上承压板14上；所述变角轴13的第三端连接所述变角轴下支座17；激光测角仪7设在上承压板14侧面。偏载设置机构101包含偏载连接板5、偏载压头6、偏载轴8、偏载支撑轴11、偏载辅助滑块15、偏载螺母、偏载轴辅助支座和活动螺栓17；偏载连接板5通过活动螺栓17固定在上承压板14的底部；偏载轴8通过偏载轴辅助支座连接偏载连接板5；偏载压头6设在偏载轴8上；偏载辅助滑块15设在偏载压头6的两侧；偏载支撑轴11设在偏载连接板5的两侧。动态观测装置102包含由压力观测装置2、压力转换器、压力固定架、变形观测装置4、变形固定架、变形转换器、细观观测仪器19和细观观测支架21；压力观测装置2通过压力固定架固定在试件20上；压力观测装置2为压力传感器；压力转换器为BSQ-2压力变送器，压力转换器连接压力观测装置2；变形观测装置4通过变形固定架固定在试件20上；变形观测装置4为应变计；变形转换器为ACE数显千分表，自身可连接电脑，读取参数，变形转换器连接变形观测装置4；细观观测支架21设在立柱9上；细观观测仪器19设在细观观测支架21上；细观观测仪器19为连续变焦的数码显微镜。加载装置103包含分离式液压千斤顶3、数控电动液压油泵、油泵控制器、承压垫块16；分离式液压千斤顶3设在下承压板1上；数控电动液压油泵连接分离式液压千斤顶3；油泵控制器连接数控电动液压油泵；承压垫块16设在分离式液压千斤顶3上方。偏载轴8表面设有数显刻度尺，用以实时读取偏载压头6的偏载距。

试验前，调节变角设置机构100的变角螺母27，变角螺母27带动变角轴13转动，从而使与变角连接套筒10、变角连接轴22相连的上承压板14绕着另一变角连接轴22转动，达到变角设置机构100所需转动的角度后，用变角螺母27固定。通过偏载设置机构101的偏载轴8调节偏载压头6的加载位置，然后通过活动螺栓17和螺母18将偏载设置机构101固定在变角设置机构100的上承压板14上，贴合紧密使之成为一个整体。当需要更改试验参数时，需要松开活动螺栓17、螺母18，重新调节变角设置机构100和偏载设置机构101所需的角度和偏载量。试验过程中，动态观测装置102与计算机相连并实时动态采集实时数据，保证了数据采集的准确性，通过采集相关数据(图片、录像、应力应变曲线等)来研究材料的细观断裂力学性质，如细观微结构的发育、发展、演化。加载时，将试件20放在承压垫块16上，通过加载装置103加压托起试件20，使之和偏载设置机构101的偏载压头6下表面紧密接触，通过加载装置加载至所需载荷。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过调节变角设置机构和偏载设置机构来达到设定的加载面积和加载角度，通过加载装置实现对试件一定载荷的加载，通过数据采集系统来实时获取实验数据，研究试件在加载过程中的细观力学性质，极大提高了试验的效率。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置，其特征在于，包括变角设置机构、偏载设置机构、动态观测装置、加载装置和机架；所述变角设置机构设在所述机架的顶部；所述偏载设置机构设在所述变角设置机构的下方；所述动态观测装置设在所述偏载设置机构的下方；所述加载装置设在所述动态观测装置的下方；

所述机架包含上承压板、下承压板、立柱和连接件；所述上承压板和所述下承压板分别设在所述立柱的两端；所述上承压板和所述下承压板分别通过所述连接件与所述立柱连接；

所述动态观测装置包含由压力测量装置、压力转换器、变形测量装置、变形转换器、细观观测仪器和细观观测支架；所述压力测量装置通过压力固定架固定在试件上；所述压力转换器连接所述压力测量装置；所述变形测量装置通过变形固定架固定在试件上；所述变形转换器连接所述变形测量装置；所述细观观测支架设在所述立柱上；所述细观观测仪器设在所述细观观测支架上；所述细观观测仪器、所述变形测量装置、所述压力测量装置均通过数据线、端口和计算机相连接，实现数据的实时读取；

所述变角设置机构包含激光测角仪、变角轴、变角螺母、变角连接轴、变角连接套筒、变角轴上支座和变角轴下支座；所述变角轴下支座两端连接在所述立柱上；所述变角连接套筒套在所述立柱上；所述变角连接轴连接所述变角连接套筒套的侧面；所述变角轴的第一端通过变角螺母固定在所述变角连接轴；所述变角轴的第二端通过所述变角轴上支座固定在所述上承压板上；所述变角轴的第三端连接所述变角轴下支座，所述激光测角仪设在所述上承压板侧面。

2.根据权利要求1所述的一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置，其特征在于，所述偏载设置机构包含偏载连接板、偏载压头、偏载轴、偏载支撑轴、偏载辅助滑块、偏载螺母、偏载轴辅助支座和活动螺栓；所述偏载连接板通过活动螺栓固定在所述上承压板的底部；所述偏载轴通过所述偏载轴辅助支座连接所述偏载连接板；所述偏载压头设在所述偏载轴上；所述偏载辅助滑块设在所述偏载压头的两侧；所述偏载支撑轴设在所述偏载连接板的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置，其特征在于，所述加载装置包含分离式液压千斤顶、数控电动液压油泵、油泵控制器、承压垫块；所述分离式液压千斤顶设在所述下承压板上；所述数控电动液压油泵连接所述分离式液压千斤顶；所述油泵控制器连接所述数控电动液压油泵；所述承压垫块设在所述分离式液压千斤顶上方。

4.根据权利要求1所述的一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置，其特征在于，所述变角连接套筒中部设有与变角连接轴相配套的凸出螺纹孔，以供变角连接轴紧密连接；变角螺母两侧留有与变角连接轴相配套的凸出螺纹孔，可供变角连接轴紧密连接。

5.根据权利要求2所述的一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置，其特征在于，所述偏载轴表面设有数显刻度尺，用以实时读取偏载压头的偏载距。

6.根据权利要求1所述的一种煤岩三维变角度偏心加载试验装置，其特征在于，所述变形测量装置为应变计；所述压力测量装置为压力传感器；所述细观观测仪器为连续变焦的数码显微镜。