CN107589016A - 一种压力试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压力试验系统。本发明的压力试验系统，包括支撑装置和用于对试件进行加压的压力加载装置，所述支撑装置包括承压板和支撑件，所述承压板水平设置，所述支撑件竖直设置在所述承压板上，所述压力加载装置包括加载板、储液箱、进液管和排液管，所述加载板水平固定在所述支撑件上，所述储液箱设置在所述加载板上，所述进液管和排液管分别插设在所述储液箱中。上述压力试验系统避免了常规试验机量程远大于相似材料抗压强度而带来的测试误差，高精度地实现了轴向荷载的线性加载和卸载过程，精确地测量了相似材料的抗压强度和极限压应变，保证了相似材料与原型材料的相似性。

Description

一种压力试验系统

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种压力试验系统。

背景技术

近年来，随着地下工程开挖深度的逐渐增加，深部洞室围岩中出现了明显的非线性破坏现象，传统的理论方法和数值分析方法在处理这些非线性变形破坏问题时遇到了极大的困难。地质力学模型试验以其直观、真实的特性成为研究上述问题的重要手段，而保证相似材料与原型材料的相似性是开展地质力学模型试验的前提。

在相似材料的力学指标中，单轴抗压强度和极限压应变是必须测试的指标，目前通常采用万能试验机进行测试。然而，相似材料破坏时所需的压力较低，其与万能试验机的压力值相距较大，从而会引起较大的测试误差；如无法准确测试相似材料的抗压强度，则无法保证相似材料与原型材料的相似性，从而会导致地质力学模型试验失真。因此，特别期待一种能够精确测量相似材料的抗压强度和极限压应变的压力试验系统。

发明内容

本发明提供一种压力试验系统，其避免了常规试验机量程远大于相似材料抗压强度而带来的测试误差，高精度地实现了轴向荷载的线性加载和卸载过程，精确地测量了相似材料的抗压强度和极限压应变，保证了相似材料与原型材料的相似性。

本发明提供一种压力试验系统，包括支撑装置和用于对试件进行加压的压力加载装置，

所述支撑装置包括承压板和支撑件，所述承压板水平设置，所述支撑件竖直设置在所述承压板上，

所述压力加载装置包括加载板、储液箱、进液管和排液管，所述加载板水平固定在所述支撑件上，所述储液箱设置在所述加载板上，所述进液管和排液管分别插设在所述储液箱中。

进一步地，本发明的压力试验系统还包括用于对试件进行测试的测试系统。

进一步地，所述测试系统包括压力传感器、光栅尺和应变片中的至少一种。

进一步地，本发明的压力试验系统还包括计算机，所述计算机与所述测试系统电连接。

进一步地，所述压力加载装置还包括定力弹簧，所述定力弹簧的两端分别与所述加载板和所述支撑件连接，所述定力弹簧能够提供与所述加载板和储液箱的总重力相等且反向的弹力。

进一步地，在所述承压板的底部设有用于对承压板进行调平的调平装置。

进一步地，在所述支撑件上设有用于对所述压力加载装置进行限位的限位器，所述限位器能够在所述支撑件上竖直运动。

进一步地，在所述限位器的上端设有柔性橡胶垫。

进一步地，所述加载板通过直线减摩轴承固定在所述支撑件上。

进一步地，在所述进液管和所述排液管上分别设有控制阀门。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明的压力试验系统以单轴压缩方法测定相似材料抗压强度，相比于常规的试验机，本发明压力试验系统的最大压力值与相似材料破坏时的压力相近，保证了测试的精度，从而能够精确测定相似材料的抗压强度和弹性模量等指标。

2、本发明的压力试验系统通过储液箱中储液量的变化，实现了对试件的连续不间断加载；此外，通过设定不同的注液速度和排液速度，实现了对试件以不同速率进行连续不间断的等应力线性加载和卸载，保证了试件在整个试验过程中的轴向压力的完全稳定。

3、本发明的压力试验系统通过设置定力弹簧，巧妙地平衡了加载板和储液箱的总重力，保证了试件所受到的压力从零开始。

4、本发明的压力试验系统通过光栅尺、压力传感器和应变片等测试系统以及计算机控制系统，实现了三种测试数据的同步自动采集处理，可获得试件的压力-位移曲线、应力-应变曲线、极限压应变、单轴抗拉压度和弹性模量。

5、本发明压力试验系统的最大压缩荷载可达10kN，其适用于常见相似材料的压缩试验；此外，也适用于土体的压缩试验，应用范围较为广泛，特别适用于铁晶砂胶结岩土等抗压强度较低的相似材料，对地质力学模型试验的精确开展具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明一实施方式的压力试验系统的结构示意图。

附图标记说明：

1：承压板；2：支撑件；3：加载板；4：储液箱；5：进液管；6：排液管；7：压力传感器；8：光栅尺；9：应变片；10：计算机；11：定力弹簧；12：调平装置；13：限位器；14：柔性橡胶垫；15：直线减摩轴承；16：进液管控制阀门；17：排液管控制阀门；18：基座；19：垫块；20：试件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图和实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的压力试验系统，包括支撑装置和用于对试件20进行加压的压力加载装置，支撑装置包括承压板1和支撑件2，承压板1水平设置，支撑件2竖直设置在承压板1上，压力加载装置包括加载板3、储液箱4、进液管5和排液管6，加载板3水平固定在支撑件2上，储液箱4设置在加载板3上，进液管5和排液管6分别插设在储液箱4中。

在本发明的压力试验系统中，压力加载装置包括储液箱4、进液管5和排液管6，通过控制进液管5向储液箱4注液的速率以及排液管6向储液箱4排液的速率，能够使储液箱4中的储液量高精度地线性变化，通过储液箱4中储液量的高精度线性变化从而能够对试件20进行连续不间断的线性加载或卸载，该加载方式能够避免常规试验机量程远大于相似材料抗压强度而带来的测试误差，试件20在试验过程中的轴向压力能够处于完全稳定的状态，从而有利于精确测量相似材料的抗压强度和极限压应变，进而保证了相似材料与原型材料的相似性。

在本发明中，支撑装置用于承载试件20及支撑压力加载装置，对其结构不作严格限制。在一实施方式中，支撑装置可以包括承压板1和支撑件2，其中承压板1用于承载试件20，支撑件2用于支撑压力加载装置；可以采用本领域的常规方式对承压板1和支撑件2进行设置。

具体地，承压板1可以水平设置；对其材质和尺寸不作严格限制，可以根据实际情况合理设置；例如，承压板1可以是一块经过精加工的矩形钢板，其尺寸可以为600mm×600mm×20mm。支撑件2可以竖直设置在承压板1上，此时，承压板1可以位于支撑件2的下端；对支撑件2的具体结构以及其在承压板1上的设置方式不作严格限制，支撑件2例如可以设置为四个支撑杆，其可以常规方式竖直固定在承压板1上，例如可以在承压板1的四个角部设置定位圆孔，四个支撑杆可以穿过承压板1对应的定位圆孔并用螺栓加以固定。对支撑杆的材质和尺寸不作严格限制，可以根据实际情况合理设置；支撑杆例如可以由直径为20mm、长度为1000mm的高强度不锈钢加工而成。

进一步地，可以在承压板1的底部设置用于对承压板1进行调平的调平装置12，调平装置12用于在安放压力试验系统时保证其水平放置，其可以为本领域的常规部件，例如调平螺栓等。

此外，可以在承压板1上设置基座18等用于支承试件20的部件，基座18可以设置在承压板1的中央位置；进一步地，可以在基座18上设置垫块19，从而便于适应不同尺寸的试件20。

在本发明中，压力加载装置用于对试件20进行加压，特别是对试件20进行连续不间断地线性加压。本发明的压力加载装置主要通过储液箱4、进液管5和排液管6实现对试件20的加压；其中，通过设定不同的进水速度可以实现不同速率的等应力线性加载。

具体地，加载板3用于承载储液箱4，其水平固定在支撑件2上；对其材质和尺寸不作严格限制，可以根据实际情况合理设置；例如，加载板3可以是一块经过精加工的矩形钢板，其尺寸可以与承压板1相同或相近。对加载板3在支撑件2上的固定方式不作严格限制，可采用本领域常规方式进行固定；例如，可以在加载板3的四个角部设置定位圆孔，加载板3可以穿过四个支撑杆并以常规方式固定。

在一实施方式中，加载板3可以通过直线减摩轴承15固定在上述支撑杆上；此时，加载板3定位圆孔的直径可以设置为略大于承压板1的定位圆孔，从而便于直线减摩轴承15穿过并固定在定位圆孔上。直线减摩轴承15用于减小加载板3与支撑杆之间的摩擦力，从而便于将压力加载装置的荷载有效地施加到试件20上。

储液箱4用于储存水等加压液体，其只要具有能够容置一定体积液体的容置腔体即可，对其结构不作严格限制；储液箱4可以设置为透明箱体，例如轻质玻璃箱等，此外可以在该透明箱体上设置体积刻度，从而便于查看储液箱4中所储存的液体的体积。对储液箱4的尺寸不作严格限制，可以根据实际情况合理设置，例如可以设置为550mm×550mm×600mm。

可以理解的是，储液箱4直接搁置在加载板3上，储液箱4中储存的液体的重量通过加载板3直接加载至试件20上，即，压力加载装置通过储液箱4中储存的液体的自重来实施对试件20的轴向加载及卸载；该方式能够使试件20在整个试验过程中的轴向压力处于完全稳定状态，有利于高精度地实现对试件20的轴向加载。

进液管5和排液管6分别用于向储液箱4注液及排液，从而实现对试件20的加载和卸载过程；对进液管5和排液管6在储液箱4中的设置位置不作严格限制，例如可以对称布置在储液箱4的两侧。此外，可以在进液管5和排液管6上分别设置控制阀门，即进液管控制阀门16和排液管控制阀门17，通过进液管控制阀门16控制进液管5的注液速率，可实现高精度地线性加载过程，通过排液管控制阀门17控制排液管6的排液速率，可实现高精度地线性卸载过程。通过上述进液管控制阀门16和排液管控制阀门17控制注液和排液速率，高精度地实现了轴向荷载的线性加卸载过程。

进一步地，压力加载装置还可以包括定力弹簧11，该定力弹簧11的两端可以分别与加载板3和支撑件2连接，定力弹簧11能够提供与加载板3和储液箱4的总重力相等且反向的弹力。具体地，可以设置四个定力弹簧11，四个定力弹簧11可以分别设置在加载板3的四个角处；定力弹簧11能够平衡加载板3和储液箱4的总重力，从而保证试件20所受到的压力从零开始。

本发明的压力试验系统，还包括用于对试件20进行测试的测试系统。对测试系统不作严格限制，可以根据具体的测试需求合理设置。具体地，测试系统可以包括压力传感器7、光栅尺8和应变片9中的至少一种，特别是同时包括压力传感器7、光栅尺8和应变片9。其中，压力传感器7用于精确测量试件20所受到的压力，其最大量程可以为10kN；光栅尺8用于精确测量试件20的变形量，其最大量程可以为50mm，测量精度可达1/1000mm；应变片9用于测量试件20的径向压应变和环向拉应变。对测试系统的设置位置不作严格限制，可以设置在试件20周围的适宜位置。

进一步地，还可以在支撑件2上设置用于对压力加载装置进行限位的限位器13，该限位器13能够在支撑件2上竖直运动(即上下移动)，从而限制了压力加载装置的移动范围，防止了在试件20突然破坏时加载板3对光栅尺8等测试系统造成的损害。此外，在限位器13的上端可以设置柔性橡胶垫14。

本发明的压力试验系统，还包括计算机10，该计算机10与测试系统电连接。计算机10能够对测试系统的测试数据进行同步自动采集并处理，从而获得试件20的压力-位移曲线、应力-应变曲线、极限压应变、单轴抗拉压度和弹性模量。

在本发明中，试件20可以由铁晶砂胶结岩土相似材料制作而成；铁晶砂胶结岩土相似材料是由铁精粉、重晶石粉、石英砂和松香酒精溶液配制而成的一种强度较低的模型材料，该材料可广泛应用于各类岩石的相似模型试验中。由于铁晶砂胶结岩土相似材料的抗压强度较低，常规的试验机难于精确测量其抗压强度等相关指标。

本发明的压力试验系统，通过对储液箱4实施连续不间断地线性注液和排液，实现了对相似材料试件20的连续不间断加载和卸载，其解决了常用试验机量程远远大于相似材料抗压强度带来的误差问题，利用各种测试元件结合计算机10实现了数据的同步自动采集处理。该压力试验系统能够精确测量相似材料的抗压强度和极限压应变，保证了相似材料与原型材料的相似性，对地质力学模型试验的精确开展具有十分重要的意义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种压力试验系统，其特征在于，包括支撑装置和用于对试件进行加压的压力加载装置，

所述支撑装置包括承压板和支撑件，所述承压板水平设置，所述支撑件竖直设置在所述承压板上，

所述压力加载装置包括加载板、储液箱、进液管和排液管，所述加载板水平固定在所述支撑件上，所述储液箱设置在所述加载板上，所述进液管和排液管分别插设在所述储液箱中。

2.根据权利要求1所述的压力试验系统，其特征在于，还包括用于对试件进行测试的测试系统。

3.根据权利要求2所述的压力试验系统，其特征在于，所述测试系统包括压力传感器、光栅尺和应变片中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的压力试验系统，其特征在于，还包括计算机，所述计算机与所述测试系统电连接。

5.根据权利要求1至4任一所述的压力试验系统，其特征在于，所述压力加载装置还包括定力弹簧，所述定力弹簧的两端分别与所述加载板和所述支撑件连接，所述定力弹簧能够提供与所述加载板和储液箱的总重力相等且反向的弹力。

6.根据权利要求1至4任一所述的压力试验系统，其特征在于，在所述承压板的底部设有用于对承压板进行调平的调平装置。

7.根据权利要求1至4任一所述的压力试验系统，其特征在于，在所述支撑件上设有用于对所述压力加载装置进行限位的限位器，所述限位器能够在所述支撑件上竖直运动。

8.根据权利要求7所述的压力试验系统，其特征在于，在所述限位器的上端设有柔性橡胶垫。

9.根据权利要求1至4任一所述的压力试验系统，其特征在于，所述加载板通过直线减摩轴承固定在所述支撑件上。

10.根据权利要求1至4任一所述的压力试验系统，其特征在于，在所述进液管和所述排液管上分别设有控制阀门。