CN106950127B - 具有冲击功能的改造流变仪 - Google Patents

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Abstract

本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种具有冲击功能的改造流变仪。主要包括落环、导轨、连杆、锤杆和摆锤，其特征在于：所述的落环两侧对称设有两个孔洞，使其能在导轨上自由下落；导轨可拆卸，以更换不同大小的落环。所述的摆锤，其形状采用半球与圆柱相结合的形式，半球一侧靠近试件，圆柱一侧与锤杆的一端连在一起，可拆卸，以更换不同大小的摆锤；锤杆另一端固接一个圆环，圆环套在带卡槽的连杆上，锤杆借助圆环使摆锤能够前后摆动。本发明能够实现岩石蠕变过程中冲击荷载的施加，扩大了原有流变仪的功能。

Description

具有冲击功能的改造流变仪
技术领域
本发明涉及岩土工程领域，具体地，涉及一种具有冲击功能的改造流变仪。
背景技术
岩石不仅会发生弹性变形和塑性变形，还具有流变的性质，蠕变就是流变的一种，指变形在应力不变的情况下随时间的增加而增大的现象。作为岩石力学的基本特性之一，岩石蠕变对实际工程的长期稳定性以及安全性都具有显著地影响，岩体工程的失稳破坏与时间关系密切早已被大量的工程实例与试验研究所证明，因此，在实际工程进行之前对当地的岩石进行蠕变试验已必不可少。
岩石流变性能指岩石的蠕变、应力松弛、与时间有关的扩容，以及强度的时间效应等特性。岩石的流变性试验主要通过岩石流变仪开展，流变仪是一种能够施加长时稳定荷载的刚性试验机。
目前国内外对岩石蠕变性能的研究往往忽略蠕变与其他因素的交互作用，这显然与实际情况相差较大，冲击荷载便是影响岩石蠕变的重要因素之一。冲击荷载是指以极快的速度在极短的时间内作用在物体上的荷载，比如开挖隧道时常用的爆破法就会产生巨大的冲击荷载，将会影响岩体的蠕变速率和变形，因此有必要研究在冲击荷载的作用下岩石的蠕变性能。
然而，现有的流变仪试验机大多数在自动施加试验力时无法施加冲击荷载，直接限制了岩石在冲击荷载作用下的蠕变性能研究。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种具有冲击功能的改造流变仪。
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
具有冲击功能的改造流变仪是在原有流变仪基础上进行改造。原流变仪包括刚性框架、液压油源、伺服作动器、加载控制系统、数据采集系统。改造后的流变仪增加了以下几个部分：落环、导轨、连杆、锤杆、摆锤和上部圆盘。其特征在于：所述的落环两侧对称设有两个孔洞，使其能在导轨上自由下落；其外径小于上部圆盘直径保证圆环能完全落在圆盘上，以便计算施加的竖向冲击荷载大小；其内径须保证圆环下落时不与千斤顶发生接触，防止能量损失；导轨可拆卸，以更换不同大小的落环。所述的摆锤，其形状采用半球与圆柱相结合的形式，半球一侧靠近试件，圆柱一侧与锤杆的一端连在一起，可拆卸，以更换不同大小的摆锤；锤杆另一端固接一个圆环，圆环套在带卡槽的连杆上，摆锤绕圆环能够前后摆动。所述的上部圆盘具有一定的强度和刚度以承受由落环下落产生的冲击荷载并传给试件。
本发明通过伺服作动器施加恒定的轴向压力，轴向压力通过试件上部的圆盘作用于试件上，使试件发生蠕变；通过落环在导轨上自由下落撞击上部圆盘施加轴向冲击荷载，调整落环在导轨上的高度及落环质量来控制轴向冲击荷载的大小；通过摆锤前后的摆动撞击试件施加侧向冲击荷载，通过调整摆锤的质量及摆锤摆动时的初始高度来控制侧向冲击荷载的大小；采用电阻应变片法或变形传感器测量试件的应变或变形。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、装置能够实现冲击荷载与蠕变的相互影响，经改造后的流变仪，不仅保持了原有的功能，而且可以施加轴向和侧向的冲击荷载，扩大了其应用范围。
2、落环与传统施加冲击荷载时所用的落球相比，更能均布施载，防止试件由于受力不均匀而提早破坏。
3、摆锤的形状采用圆柱与半球相结合的形式，便于充分施加侧向冲击荷载。
附图说明
图1为具有冲击功能的改造流变仪前侧视图。
图2为具有冲击功能的改造流变仪后侧视图。
图中，1.落环，2.导轨，3.连杆，4.锤杆，5.摆锤，6.上部圆盘，7.试件，8.圆盘垫块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1-图2所示，具有冲击功能的改造流变仪是在现有的流变仪基础上进行改造，改造后的流变仪主要增加了以下几个部分：1.落环，2.导轨，3.连杆，4.锤杆，5.摆锤，此外增加试件上部圆盘6的直径，并保证其具有一定的强度和刚度以承受由落环1下落产生的冲击荷载并传给试件7。其特征在于：所述的落环1两侧对称设有两个孔洞，使其能在导轨2上自由下落；其外径小于上部圆盘6直径保证落环1能完全落在圆盘6上，以便计算施加的竖向冲击荷载大小：其内径须保证落环1下落时不与千斤顶发生接触，防止能量损失；导轨2可拆卸，以更换不同大小的落环1。所述的摆锤5，其形状采用半球与圆柱相结合的形式，半球一侧靠近试件7，圆柱一侧与锤杆4的一端连在一起，可拆卸，以更换不同大小的摆锤5；锤杆4另一端固接一个圆环，圆环套在连杆3上，连杆3上刻有圆环状卡槽，锤杆4借助圆环使摆锤5能够绕连杆3前后摆动，通过调整锤杆4卡入连杆3中卡槽的位置可以调整水平冲击作用于试件7的位置。
岩石蠕变冲击耦合试验步骤如下：
1、将岩石试件7水平居中放置在圆盘垫块8上；
2、通过电液伺服作动器施加恒定的轴向压力至试件7上部圆盘6，轴向压力通过圆盘6作用于试件7上，使试件7发生蠕变；
3、通过落环1沿导轨2自由下落撞击上部圆盘6施加轴向冲击荷载，调整落环1在导轨2上的高度及落环1质量来控制轴向冲击荷载的大小；
4、通过摆锤5前后的摆动撞击试件7施加侧向冲击荷载，通过选择摆锤5的质量及摆锤5摆动时的初始高度来控制侧向冲击荷载的大小；
5、采用电阻应变片法或变形传感器测量试件7的应变或变形随时间的变化规律。

Claims (2)

1.具有冲击功能的改造流变仪，包括落环、导轨、连杆、锤杆、摆锤、上部圆盘、刚性框架、液压油源、伺服作动器、加载控制系统、数据采集系统，其特征在于：所述的落环两侧对称设有两个孔洞，使其能在导轨上自由下落；其外径小于上部圆盘直径保证圆环能完全落在圆盘上，以便计算施加的竖向冲击荷载大小；其内径须保证圆环下落时不与千斤顶发生接触，防止能量损失；导轨可拆卸，以更换不同大小的落环；所述的摆锤，其形状采用半球与圆柱相结合的形式，半球一侧靠近试件，圆柱一侧与锤杆的一端连在一起，可拆卸，以更换不同大小的摆锤；锤杆另一端固接一个圆环，圆环套在带卡槽的连杆上，摆锤绕圆环能够前后摆动；
将岩石试件水平居中放置在圆盘垫块上，通过伺服作动器施加恒定的轴向压力，轴向压力通过试件上部的圆盘作用于试件上，使试件发生蠕变；通过落环在导轨上自由下落撞击上部圆盘施加轴向冲击荷载，调整落环在导轨上的高度及落环质量来控制轴向冲击荷载的大小；通过摆锤前后的摆动撞击试件施加侧向冲击荷载，通过调整摆锤的质量及摆锤摆动时的初始高度来控制侧向冲击荷载的大小；采用电阻应变片法或变形传感器测量试件的应变或变形。
2.根据权利要求1所述的具有冲击功能的改造流变仪，其特征在于，所述的上部圆盘具有一定的强度和刚度以承受由落环下落产生的冲击荷载并传给试件。
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