CN106501069A - 用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置 - Google Patents

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Abstract

用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置，包括液压活塞杆、液压活塞、液压油缸缸筒、加载板、传力柱及反力承载板。利用具有不同长度液压活塞杆的液压油缸，将其相互错落布置，活塞杆较短的液压油缸通过传力柱固定在反力承载板上，液压活塞通过加载板对试件进行加载。使液压活塞截面实现相互叠加并尽可能覆盖整个岩石试件加载端面，从而实现对岩石端面施加较高及非均匀荷载，一方面可以降低由于可用液压活塞截面积占试件端面总面积之比受限引起的加载能力损失，另一方面减小试验机所占用的空间。

Description

用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置
技术领域
本发明涉及一种用于岩石力学双轴或真三轴压缩试验的液压加载装置，尤其对以下情况作用突出：岩石试件尺寸较大，且需要对试件施加较高荷载及非均匀荷载。
背景技术
目前，岩石力学试验中用于对岩石试件进行双轴或真三轴加载的装置主要采用如下两种方式：
第一种主要通过单个油缸利用单个压头对试件的单个端面进行加载，在真三轴加载中也有通过“两刚一柔”的方式，即在三个方向中的某一个方向采用油液加载的方式。这些方式可以对试件端面施加不同大小的荷载，但每个方向的施加荷载必须是均匀的。另外，当试件尺寸较大且所需荷载较高时，这种加载方式要求必须有很大加载能力的液压油缸，会导致试验设备庞大笨重，也不利于试验的操作。
第二种为在岩石试件每一个加载端面布置若干个相互独立的并列油缸，多个并列油缸同时工作对试件进行加载。该加载方式的优点是可以对试件端面施加非均匀荷载，同时可以通过加载面积的分摊，降低了对单个油缸加载能力的要求。当对试件施加荷载较小时，这种加载方式是可行的。但如果要对试件施加较大的非均匀荷载时，各个油缸的活塞截面积都需要较大，这样若干个油缸并列加载同样会占据很大的空间，导致整个试验机装置过于庞大，非常不利于岩石力学试验的操作。另外，由于活塞截面为圆形，一组圆形活塞截面在不能相互叠加的情况下组合使用，不可避免会导致面积损失。按照矩形试件来考虑计算，活塞面积之和与试件端面加载面积之比不可能超过78.5％，这是在不考虑液压油缸筒厚的理想情况下计算得到的。事实上，油缸筒厚不可能为0，并且所需施加荷载越高，油缸筒也需要越厚，而油缸筒的截面也会占掉一部分面积。这就导致实际可用的液压活塞面积进一步缩小，从而导致加载能力的降低。
由于目前岩石工程日趋向深部发展，岩石力学问题的复杂性也越来越突出，一方面要求对较大尺寸的岩石试件进行试验，另一方面需要施加较高及非均匀荷载。在这种情况下，上述两种常规的试验加载装置会对当前这种试验的操作产生较大的局限。
发明内容
针对上述问题，有必要设计一种加载装置，可以对岩石试件端面施加较高及非均匀加载，且尽最大可能减少由于可用液压活塞截面积受限引起的加载能力损失，尽最大可能减小试验机所占用的空间。
本发明是通过如下技术实现的：
用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置，通过对在岩石试件同一端面布置的若干油缸采用交错式布置，从而使油缸的布置尽可能有效利用空间，使多个液压活塞截面实现相互叠加并尽可能覆盖整个岩石试件加载端面，从而实现对岩石端面施加较高及非均匀荷载。一方面降低由于可用液压活塞截面受限引起的加载能力损失，另一方面减小试验机所占用的空间。
在本发明用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置中，考虑对试件施加荷载的非均匀条件，可在矩形岩石试件端面设置n个加载板(n＝a×b，a、b均为正整数)。
本发明的有益效果是：
本发明通过对在岩石试件同一端面布置的若干油缸采用交错式布置，从而在对岩石端面施加较高及非均匀荷载时，既可以通过提高液压活塞截面积覆盖程度来尽最大可能提高加载能力(液压活塞截面积占试件端面总面积之比可由原来的78.5％以下提高到100％)，又可以减小试验机所占用的空间。
本发明可用于岩石力学的双轴及真三轴压缩试验。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置的油缸交错布置平面图。
图2是图1中a-a’截面的侧视剖面图。
图3是图1中b-b’截面的侧视剖面图。
图4是利用本发明用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置对方形试件进行真三轴加载的装配示意图。
图中1.液压活塞杆，2.液压活塞，3.液压油缸缸筒，4.加载板，5.传力柱，6.反力承载板。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。
在本发明用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置中，考虑对试件施加荷载的非均匀条件，可在矩形试件端面设置n个加载板(n＝a×b，a、b均为正整数)。这里按照设置n＝3×3＝9个加载板进行说明。
如图1及图2、3所示，通过利用具有不同长度液压活塞杆(1)的液压油缸，将其相互错落布置，活塞杆较短的液压油缸通过传力柱(5)固定在反力承载板(6)上，液压活塞(1)通过加载板(4)对试件进行加载。
在图1中，实线与虚线分别表示错落布置在不同平面上的液压油缸。通过图1中油缸布置平面图来看，油缸内的圆形液压活塞截面积可以实现相互叠加，并可以通过尺寸设计最大程度地覆盖整个岩石试件端面的面积，即液压活塞截面积占试件端面总面积之比可以尽最大可能提高，从而实现尽可能大的加载能力。
图4为利用本发明用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置对方形试件进行真三轴加载的装配示意图。可以看出利用本发明的油缸布置形式，可以有效地降低常规油缸并排布置所占用的较大空间。

Claims (4)

1.用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置，所述交错式多油缸包括液压活塞杆、液压活塞、液压油缸缸筒、加载板、传力柱及反力承载板，其特征在于：所述方法使用具有不同长度液压活塞杆的液压油缸，将其相互错落布置，活塞杆长度较短的液压油缸通过传力柱固定在反力承载板上，液压活塞通过加载板对试件进行加载。
2.如权利要求1所述的用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置，其特征在于：可根据对试件施加荷载的大小及非均匀条件，在矩形试件端面设置n个加载板(n＝a×b，a、b均为正整数)。
3.如权利要求1所述的用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置，是通过液压油缸交错布置后，提高液压活塞截面积占岩石试件端面总面积之比的方法，来提高岩石力学试验加载能力的。
4.如权利要求1所述的用于岩石力学试验的交错式多油缸加载装置，是通过液压油缸交错布置后，降低了液压油缸并排布置所占用的较大空间，从而缩小了试验设备所占空间体积的。
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