CN108593442B - 一种用于岩石多方向力加载装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于岩石多方向力加载装置，其特征在于包括：主框架，主要由底部承载梁、上部承载梁以及中间框架组成，上述各部件之间采用凸凹槽插装形式并通过销轴连接固定构成中空立方体结构；加载机构，分别安装在中间框架的后侧内壁上、左侧内壁上以及上部承载梁下部中间位置；抽拉梁设置于中间框架右侧方孔内，抽拉梁的左侧端与被测试件接触，右侧端与中间框架的右侧内壁接触，抽拉梁的后部与抽拉机构相连，通过抽拉机构的作用使抽拉梁在中间框架内移动。本发明还公开了上述加载装置的使用方法，本发明具有结构设计合理，使用方便，对岩石加载过程进行模拟，可实现多方向组合力加载，为不同类型岩爆的形成机制的分析提供了先决条件。
Description
技术领域
本发明涉及用于深部巷道和深埋长大隧道(隧洞)工程岩爆机理研究，尤其涉及一种用于深部巷道/隧道动力灾害物理模拟试验系统的岩石多方向力加载装置及其使用方法。
背景技术
我国国民经济持续快速发展带动了基础工程建设和资源开发以前所未有的速度蓬勃发展，出现了大量深部巷道和深埋长大隧道工程，其工程规模与技术难度世界罕见。随着埋深的增加，地应力明显增大，深部巷道/隧道开挖卸荷诱发的高强度动力灾害频发，造成大量人员伤亡、机械损坏、工期延误和重大经济损失，且动力灾害的危害性随着埋深和应力水平的增大而显著增大，岩爆等动力灾害己经成为制约深部巷道/隧道工程安全建设的关键瓶颈问题。深入揭示深部巷道/隧道不同类型岩爆的形成机制、影响因素和演化规律，是建立岩爆风险合理评估和准确预测方法以及可靠防控方法的前提，是深部巷道/隧道工程安全建设和工程防灾减灾亟待解决的关键难题。
发明内容
根据上述提出的技术问题，为了合理模拟深部巷道/隧道岩爆的关键影响因素和实际条件，而提供一种用于岩石多方向力加载装置及其使用方法。本发明主要利用底部/上部承载梁，中间梁及抽拉梁和抽拉机构的配合，对被测试件进行多方位施压，对岩石加载过程进行了模拟，从而为不同类型岩爆的形成机制的分析提供了先决条件。
本发明采用的技术手段如下：
一种用于岩石多方向力加载装置，其特征在于，包括：
主框架，主要由底部承载梁、上部承载梁以及设置在所述底部承载梁和所述上部承载梁之间的中间框架组成，上述各部件之间采用凸凹槽插装形式并通过销轴连接固定构成中空立方体结构；
加载机构，分别安装在所述中间框架的后侧内壁上、左侧内壁上以及所述上部承载梁下部中间位置，在空间三个方向对放置在所述底部承载梁中部的被测试件施加加载力；
抽拉梁和抽拉机构，所述抽拉梁设置于所述中间框架右侧方孔内，所述抽拉梁的左侧端与所述被测试件接触，右侧端与所述中间框架的右侧内壁接触，所述抽拉梁的后部与所述抽拉机构相连，通过所述抽拉机构的作用使所述抽拉梁在所述中间框架内移动。
进一步地，所述底部承载梁位于地面上，并通过地脚螺栓与地面连接固定；所述底部承载梁四周上方插装有所述中间框架，并通过所述销轴将所述底部承载梁上部凹槽与所述中间框架下部凸起串联在一起；所述底部承载梁中间位置铸有用于放置被测试件的凸台；所述中间框架上部凸起插装在所述上部承载梁边缘凹槽内，并通过所述销轴将所述上部承载梁边缘凹槽与所述中间框架上部凸起串联在一起。
进一步地，所述加载机构主要由扰动加载缸、缸头连接套、销轴Ⅰ、锤头、加载板和静力加载缸组成；所述扰动加载缸通过螺栓把合在所述上部承载梁的下方或者把合在所述中间框架的后侧内壁上或者把合在所述中间框架的左侧内壁上，所述缸头连接套套装在所述扰动加载缸的前方，所述锤头位于所述缸头连接套前方并通过销轴Ⅰ铰接在一起；所述静力加载缸的一端与所述加载板采用螺钉固定在一起，另一端通过螺钉固定在所述上部承载梁的下方或者固定在所述中间框架的后侧内壁上或者固定在所述中间框架的左侧内壁上。
进一步地，所述抽拉机构主要由电动缸、电动缸支座、槽钢框架、支腿、自润滑轴承、轴和辊子组成，所述抽拉机构与所述抽拉梁通过电动缸头部法兰连接，所述电动缸头部法兰与右侧的所述电动缸支座采用螺栓法兰连接，所述电动缸支座下部与所述槽钢框架采用螺栓连接，所述槽钢框架下部焊接有所述支腿，所述支腿安装在地面上采用螺栓连接；所述槽钢框架四周由槽钢焊接而成，其中间均布多个辊子，每个所述辊子通过所述轴、所述自润滑轴承安装在所述槽钢框架内部。
本发明还公开了一种上述的用于岩石多方向力加载装置的使用方法，所述加载装置对被测试件进行三个方向的独立加载及施加扰动力，其特征在于包括如下步骤：
S1、将被测试件放置在所述底部加载梁中间位置的凸台上，启动抽拉机构，所述抽拉机构的电动缸推动所述抽拉梁在辊子上向前移动，所述辊子在所述自润滑轴承和所述轴的支撑下被动滚动直到所述抽拉梁与所述中间框架切合在一起形成一个整体框架，所述被测试件的一侧与所述抽拉梁贴合在一起；
S2、启动加载机构，加载机构中的静力加载缸伸长带动所述加载板运动，使之与被测试件接触并形成一定的挤压力；所述加载机构的扰动加载缸伸出，带动所述缸头连接套及所述锤头向前伸出，对所述加载板的敲击，从而实现对被测试件的加载模拟。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的加载装置主框架采用凸凹槽插装设计并采用销轴连接加以固定，便于安装，并能实现载荷的均匀传递，保证了整体的刚度。
2、本发明提供的加载机构分别固定在三个方向的固定梁上，实现三方向的独立加载，而静力加载缸与加载板之间采用固接方式，保证了加载板对被测试件的均匀挤压力。
3、本发明提供的加载机构的扰动加载缸与锤头之间采用铰接形式，保证了锤头在对加载板的扰动过程中无卡阻。
4、本发明提供的抽拉梁的可移动布置方式可以方便被测试件的搬入与移出，而其与中间框架的插接布置，保证了整体的刚度。
基于上述理由本发明可在深部巷道和深埋长大隧道(隧洞)工程岩爆研究领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明用于岩石多方向力加载装置的结构示意图。
图2为图1中A-A向剖视图。
图3为图1中B-B向剖视图。
图中：1、底部承载梁；2、抽拉梁；3、中间框架；4、上部承载梁；5、加载机构；5.1、扰动加载缸；5.2、缸头连接套；5.3、销轴Ⅰ；5.4、锤头；5.5、加载板；5.6、静力加载缸；6、销轴；7、抽拉机构；7.1、电动缸；7.2、电动缸支座；7.3、槽钢框架；7.4、支腿；7.5、自润滑轴承；7.6、轴；7.7、辊子；8、被测试件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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，一种用于岩石多方向力加载装置，包括：
主框架，主要由底部承载梁1、上部承载梁4以及设置在所述底部承载梁1和所述上部承载梁4之间的中间框架3组成，上述各部件之间采用凸凹槽插装形式并通过销轴6连接固定构成中空立方体结构；
所述底部承载梁1位于地面上，并通过地脚螺栓与地面连接固定；所述底部承载梁1四周上方插装有所述中间框架3，并通过所述销轴6将所述底部承载梁1上部凹槽与所述中间框架3下部凸起串联在一起；所述底部承载梁1中间位置铸有用于放置被测试件8的凸台；所述中间框架3上部凸起插装在所述上部承载梁4边缘凹槽内，并通过所述销轴6将所述上部承载梁4边缘凹槽与所述中间框架3上部凸起串联在一起。
如图2所示，加载机构5，分别安装在所述中间框架3的后侧内壁上、左侧内壁上以及所述上部承载梁4下部中间位置，通过螺栓把合固定，实现在空间三个方向对放置在所述底部承载梁1中部的被测试件8施加加载力；
每个所述加载机构5主要由扰动加载缸5.1、缸头连接套5.2、销轴Ⅰ5.3、锤头5.4、加载板5.5和静力加载缸5.6组成；所述扰动加载缸5.1通过螺栓把合在所述上部承载梁4的下方或者把合在所述中间框架3的后侧内壁上或者把合在所述中间框架3的左侧内壁上，所述缸头连接套5.2套装在所述扰动加载缸5.1的前方，所述锤头5.4位于所述缸头连接套5.2前方并通过销轴Ⅰ5.3铰接在一起；所述静力加载缸5.6的一端与所述加载板5.5采用螺钉固定在一起，另一端通过螺钉固定在所述上部承载梁4的下方或者固定在所述中间框架3的后侧内壁上或者固定在所述中间框架3的左侧内壁上。
如图3所示，抽拉梁2和抽拉机构7，所述抽拉梁2设置于所述中间框架3右侧方孔内，所述抽拉梁2的左侧端与所述被测试件8接触，右侧端与所述中间框架3的右侧内壁接触，所述抽拉梁2的后部与所述抽拉机构7通过螺栓把合相连，通过所述抽拉机构7的作用使所述抽拉梁2在所述中间框架3内移动。
所述抽拉机构7主要由电动缸7.1、电动缸支座7.2、槽钢框架7.3、支腿7.4、自润滑轴承7.5、轴7.6和辊子7.7组成，所述抽拉机构7与所述抽拉梁2通过电动缸7.1头部法兰连接，所述电动缸7.1头部法兰与右侧的所述电动缸支座7.2采用螺栓法兰连接，所述电动缸支座7.2下部与所述槽钢框架7.3采用螺栓连接，所述槽钢框架7.3下部焊接有所述支腿7.4，所述支腿7.4安装在地面上采用螺栓连接；所述槽钢框架7.3四周由槽钢焊接而成，其中间均布多个辊子7.7，每个所述辊子7.7通过所述轴7.6、所述自润滑轴承7.5安装在所述槽钢框架7.3内部。
本发明还公开了一种上述的用于岩石多方向力加载装置的使用方法，所述加载装置对被测试件8进行三个方向的独立加载及施加扰动力，包括如下步骤：
S1、将被测试件8放置在所述底部加载梁1中间位置的凸台上，启动抽拉机构7，所述抽拉机构7的电动缸7.1推动所述抽拉梁2在辊子7.7上向前移动，所述辊子7.7在所述自润滑轴承7.5和所述轴7.6的支撑下被动滚动从而减少摩擦力，直到所述抽拉梁2与所述中间框架3切合在一起形成一个整体框架，所述被测试件8的一侧与所述抽拉梁2贴合在一起；
S2、启动加载机构5，加载机构5中的静力加载缸5.6伸长带动所述加载板5.5运动，使之与被测试件8接触并形成一定的挤压力；所述加载机构5的扰动加载缸5.1伸出，带动所述缸头连接套5.2及所述锤5.4头向前伸出，对所述加载板5.5的敲击，从而实现对被测试件8多方向组合力加载的模拟，为不同类型岩爆的形成机制的分析提供了先决条件。
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 (3)
1.一种用于岩石多方向力加载装置，其特征在于，包括：
主框架，主要由底部承载梁、上部承载梁以及设置在所述底部承载梁和所述上部承载梁之间的中间框架组成，各部件之间采用凸凹槽插装形式并通过销轴连接固定构成中空立方体结构；
加载机构，分别安装在所述中间框架的后侧内壁上、左侧内壁上以及所述上部承载梁下部中间位置，在空间三个方向对放置在所述底部承载梁中部的被测试件施加加载力；
抽拉梁和抽拉机构，所述抽拉梁设置于所述中间框架右侧方孔内，所述抽拉梁的左侧端与所述被测试件接触，右侧端与所述中间框架的右侧内壁接触，所述抽拉梁的后部与所述抽拉机构相连，通过所述抽拉机构的作用使所述抽拉梁在所述中间框架内移动；
所述加载机构主要由扰动加载缸、缸头连接套、销轴Ⅰ、锤头、加载板和静力加载缸组成；所述扰动加载缸通过螺栓把合在所述上部承载梁的下方或者把合在所述中间框架的后侧内壁上或者把合在所述中间框架的左侧内壁上，所述缸头连接套套装在所述扰动加载缸的前方，所述锤头位于所述缸头连接套前方并通过销轴Ⅰ铰接在一起；所述静力加载缸的一端与所述加载板采用螺钉固定在一起，另一端通过螺钉固定在所述上部承载梁的下方或者固定在所述中间框架的后侧内壁上或者固定在所述中间框架的左侧内壁上；
一种岩石多方向力加载装置的使用方法，包括如下步骤：
S1、将被测试件放置在所述底部承载梁中间位置的凸台上，启动抽拉机构，所述抽拉机构的电动缸推动所述抽拉梁在辊子上向前移动，所述辊子在自润滑轴承和轴的支撑下被动滚动直到所述抽拉梁与所述中间框架切合在一起形成一个整体框架，所述被测试件的一侧与所述抽拉梁贴合在一起；
S2、启动加载机构，加载机构中的静力加载缸伸长带动所述加载板运动，使之与被测试件接触并形成一定的挤压力；所述加载机构的扰动加载缸伸出，带动所述缸头连接套及所述锤头向前伸出，对所述加载板的敲击，从而实现对被测试件的加载模拟。
2.根据权利要求1所述的用于岩石多方向力加载装置，其特征在于，所述底部承载梁位于地面上，并通过地脚螺栓与地面连接固定；所述底部承载梁四周上方插装有所述中间框架，并通过所述销轴将所述底部承载梁上部凹槽与所述中间框架下部凸起串联在一起；所述底部承载梁中间位置铸有用于放置被测试件的凸台；所述中间框架上部凸起插装在所述上部承载梁边缘凹槽内，并通过所述销轴将所述上部承载梁边缘凹槽与所述中间框架上部凸起串联在一起。
3.根据权利要求1所述的用于岩石多方向力加载装置，其特征在于，所述抽拉机构主要由电动缸、电动缸支座、槽钢框架、支腿、自润滑轴承、轴和辊子组成，所述抽拉机构与所述抽拉梁通过电动缸头部法兰连接，所述电动缸头部法兰与右侧的所述电动缸支座采用螺栓法兰连接，所述电动缸支座下部与所述槽钢框架采用螺栓连接，所述槽钢框架下部焊接有所述支腿，所述支腿安装在地面上采用螺栓连接；所述槽钢框架四周由槽钢焊接而成，其中间均布多个辊子，每个所述辊子通过所述轴、所述自润滑轴承安装在所述槽钢框架内部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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