CN109030180B - 一种基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了公一种基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置，装置包括圆柱形的外压力室，外压力室包括圆筒形侧壁，圆环形的上盖板和圆环形的下盖板，外压力室竖直安装在矩形的小车板上，小车板的四个角上分别安装有车轮，外压力室的圆筒形侧壁的外侧竖直对称安装有第一工程缸和第二工程缸，第一工程缸和第二工程缸的缸筒下端安装在小车板上，第一工程缸和第二工程缸的活塞杆上端分别连接第一提升块和第二提升块，第一提升块和第二提升块固定安装在上盖板的上表面；本发明结构设计合理，产品稳定性高，实验精确度较高，通过在拉压压力室中充入围压油，借助动态疲劳试验机的加力结构，进行岩石三轴下的拉压试验。
Description
技术领域
本发明属于岩石三轴下的拉压试验装置技术领域，特别是一种基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置。
背景技术
在天然条件下，地壳和工程岩体是在复杂的组合应力状态下产生变形和破坏的。岩体是一种复杂的地质体，处于复杂的三维应力场中，岩体破坏通常是由于其所赋存的应力状态发生改变引起的。不同应力状态和应力路径下岩石(如盐岩、煤岩、石膏、花岗岩、页岩、砂岩等)的强度与变形特性研究是国际岩石力学领域前沿课题之一。核废料地下处置、地下能源储存、地下二氧化碳储存、石油开采、深部硐室等众多地下岩石工程围岩由于内压变化、开挖扰动或地震及爆炸动荷载作用，处于不同周期或频率循环拉压状态，因此三轴围压状态下岩石拉压疲劳强度与变形特性研究是地下岩石工程基础性研究课题之一，具有十分重要的理论意义和工程应用价值。
发明内容
本发明克服现有技术的缺点，提供一种基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置，本发明结构设计合理，产品稳定性高，实验精确度较高，通过在拉压压力室中充入围压油，借助动态疲劳试验机的纵向加力结构，进行岩石三轴下的拉压疲劳试验。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置，装置包括圆柱形的外压力室，外压力室包括圆筒形侧壁，圆环形的上盖板和圆环形的下盖板，外压力室竖直安装在矩形的小车板上，小车板的四个角上分别安装有车轮，外压力室的圆筒形侧壁的外侧竖直对称安装有第一工程缸和第二工程缸，第一工程缸和第二工程缸的缸筒下端安装在小车板上，第一工程缸和第二工程缸的活塞杆上端分别连接第一提升块和第二提升块，第一提升块和第二提升块固定安装在上盖板的上表面；
外压力室内安装有拉压套件，拉压套件包括拉压压力室以及设置在拉压压力室内的拉压组件，拉压组件包括竖直安装的上拉压活塞和下拉压活塞，上拉压活塞的下端部安装上拉伸夹具，下拉压活塞的上端部安装下拉伸夹具，上拉伸夹具和下拉伸夹具之间安装试样；
车轮内侧安装轴承，轴承外端连接车轮支腿，小车板上表面沿下盖板的四周设有集油槽，便于在围压油排出时，防止残油流到地上。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述第一工程缸和第二工程缸的上端分别通过螺栓和螺母连接第一提升块和第二提升块。
前述外压力室的内壁与上盖板的外侧壁之间的连接面上安装有导向带和密封圈；外压力室的内壁与下盖板的外侧壁之间的连接面上安装有导向带和密封圈。
前述上盖板的中间通孔的内壁与上拉压活塞的外侧壁之间的连接面上安装有导向带和密封圈；下盖板的中间通孔的内壁与下拉压活塞的外侧壁之间的连接面上安装有导向带和密封圈。
前述轴承的外端与车轮支腿之间依次设有轴承垫和防滑垫。
前述车轮外侧安装有轮盖，轮盖通过螺栓安装在车轮的外侧。
进一步的，本发明还提供一种基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置的应用，包括如下具体步骤：
步骤（一）、准备直径50mm，高度100mm±5mm的圆柱形试样，准备将试样按要求组装成拉压组件；
步骤（二）、组装拉压试验装置，将下盖板和外压力室安装在小车板上，将上拉压活塞和下拉压活塞安装在拉压压力室内，并将拉压压力室安装在外压力室中，将上盖板安装在外压力室顶部并通过提升块分别连接第一工程缸和第二工程缸，将车轮安装在小车板的四个角上；
步骤（三）、将上拉伸夹具的下端部和下拉伸夹具的上端部均安装粘接头，所述粘接头的形状与试样相配合，将试样进行预先粘接，在试样上、下两端用环氧树脂胶粘接到拉伸夹具上的粘接头处，调整上、下粘接头位置使试样两端都与粘接头接触，空隙处采用胶水填补，粘接头设计为喇叭扣形式，在试样的上、下端部的周围涂抹一圈环氧树脂胶，以便增大试样受拉力时的的粘接力，待胶水晾干后备用；
步骤（四）、将外压力室外侧的工程油缸升起后，将粘接好试样的上拉伸夹具和下拉伸夹具分别安装在上拉压活塞和下拉压活塞的端部，并在拉伸夹具与拉压活塞连接处的凹槽内镶入密封圈，使围压不能作用于试样的上、下两端，然后将上下端的拉伸夹具与拉压活塞采用螺栓锁紧；
步骤（五）、安装好试样后，将外压力室推到动态疲劳试验机的工作位置后，在拉压压力室内充入围压油，在增压到指定目标值后，通过动态疲劳试验机的上下夹头将试样夹紧即可进行三轴下的拉压疲劳试验。
本发明的有益效果是：
本发明在实验前，试样需要预先粘接，由拉伸夹具配合粘接头在试样两端用环氧树脂胶粘接到一起。拉伸夹具下端为喇叭扣形式，可以在试样端部的周围涂抹一圈环氧树脂胶，增大试样受拉力时的的粘接力，不同于只粘接试样两端，粘接力小。粘接是涉及到试验成功与否的关键一步，粘接好的试样必须保证试样和粘接头以及拉伸夹具同轴度和端部的平行度。粘接前我们先将粘接头和拉伸夹具固定在模具上，然后将试样两端均匀少量涂抹一些胶水置于上下粘接头中间位置，调整上粘接头位置使试样两端都与粘接头接触，拉伸夹具具有试样自动找中功能，如果试样本身两端平行度不够需要用胶水来补填，然后在试样下端的拉伸夹具处填满胶水，待胶水凝固后将模具整体旋转180度，将另一端拉伸夹具处填满胶水。
将外压力室外侧的工程油缸自动升起后，把粘接好的试样放于上下拉压活塞之间的端部，在拉伸夹具的凹槽内镶入密封圈，使围压不能作用于试样的上下两端，然后将上下端采用锁紧螺栓锁紧，使试样可以做拉力试验。安装好试样后，将压力室推到动态疲劳试验机的工作位置后，充入围压油，在增压到指定目标值后，用主机的上下夹头将试样夹紧即可进行三轴下的拉压疲劳试验。
本发明结构设计合理，产品稳定性高，实验精确度较高，通过在拉压压力室中充入围压油，借助动态疲劳试验机的纵向加力结构，进行岩石三轴下的拉压疲劳试验。
附图说明
图1为本发明的主视图一；
图2为本发明的剖视图一；
图3为本发明的主视图二；
图4为本发明的剖视图二；
图5为本发明的俯视图一；
图6为本发明的俯视图二；
图7为本发明的轴测图；
其中，1-小车板，2-轮盖，3-车轮，4-防滑垫，5-轴承垫，6-车轮支腿，701-第一工程缸，702-第二工程缸，8-提升块，9-轴承，10-上拉压活塞，11-下拉压活塞，12-上拉伸夹具，13-下拉伸夹具，14-试样，15-拉压压力室，16-上盖板，17-下盖板，18-集油槽，19-导向带，20-密封圈，21-外压力室。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置，结构如图1、图2所示，一种基于动态疲劳试验机的岩石三轴下的拉压试验装置，装置包括圆柱形的外压力室21，外压力室21包括圆筒形侧壁，圆环形的上盖板16和圆环形的下盖板17，外压力室21竖直安装在矩形的小车板1上，小车板1的四个角上分别安装有车轮3，外压力室21的圆筒形侧壁的外侧竖直对称安装有第一工程缸701和第二工程缸702，第一工程缸701和第二工程缸702的缸筒下端安装在小车板1上，第一工程缸701和第二工程缸702的活塞杆上端分别连接第一提升块801和第二提升块802，第一提升块801和第二提升块802固定安装在上盖板16的上表面；
如图3、图4所示，外压力室21内安装有拉压套件，拉压套件包括拉压压力室15以及设置在拉压压力室15内的拉压组件，拉压组件包括竖直安装的上拉压活塞10和下拉压活塞11，上拉压活塞10的下端部安装上拉伸夹具12，下拉压活塞11的上端部安装下拉伸夹具13，上拉伸夹具12和下拉伸夹具13之间安装试样14；车轮3内侧安装轴承9，轴承9外端连接车轮支腿6，小车板1上表面沿下盖板17的四周设有集油槽18，便于在围压油排出时，防止残油流到地上。
前述第一工程缸701和第二工程缸702的上端分别通过螺栓和螺母连接第一提升块801和第二提升块802。前述外压力室21的内壁与上盖板16的外侧壁之间的连接面上安装有导向带19和密封圈20；外压力室21的内壁与下盖板17的外侧壁之间的连接面上安装有导向带19和密封圈20。前述上盖板16的中间通孔的内壁与上拉压活塞10的外侧壁之间的连接面上安装有导向带19和密封圈20；下盖板17的中间通孔的内壁与下拉压活塞11的外侧壁之间的连接面上安装有导向带19和密封圈20。前述轴承的外端与车轮支腿6之间依次设有轴承垫5和防滑垫4。前述车轮3外侧安装有轮盖2，轮盖2通过螺栓安装在车轮3的外侧。
本实施例在实验前，试样需要预先粘接，由拉伸夹具配合粘接头在试样两端用环氧树脂胶粘接到一起。拉伸夹具下端为喇叭扣形式，可以在试样端部的周围涂抹一圈环氧树脂胶，增大试样受拉力时的的粘接力，不同于只粘接试样两端，粘接力小。粘接是涉及到试验成功与否的关键一步，粘接好的试样必须保证试样和粘接头以及拉伸夹具同轴度和端部的平行度。粘接前我们先将粘接头和拉伸夹具固定在模具上，然后将试样两端均匀少量涂抹一些胶水置于上下粘接头中间位置，调整上粘接头位置使试样两端都与粘接头接触，拉伸夹具具有试样自动找中功能，如果试样本身两端平行度不够需要用胶水来补填，然后在试样下端的拉伸夹具处填满胶水，待胶水凝固后将模具整体旋转180度，将另一端拉伸夹具处填满胶水。将外压力室外侧的工程油缸自动升起后，把粘接好的试样放于上下拉压活塞之间的端部，在拉伸夹具的凹槽内镶入密封圈，使围压不能作用于试样的上下两端，然后将上下端采用锁紧螺栓锁紧，使试样可以做拉力试验。安装好试样后，将压力室推到动态疲劳试验机的工作位置后，充入围压油，在增压到指定目标值后，用主机的上下夹头将试样夹紧即可进行三轴下的拉压疲劳试验。
实施例2
发实施例提供一种基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置的应用，包括如下具体步骤：
步骤（一）、准备直径50mm，高度100mm±5mm的圆柱形试样，准备将试样按要求组装成拉压组件；
步骤（二）、组装拉压试验装置，将下盖板和外压力室安装在小车板上，将上拉压活塞和下拉压活塞安装在拉压压力室内，并将拉压压力室安装在外压力室中，将上盖板安装在外压力室顶部并通过提升块分别连接第一工程缸和第二工程缸，将车轮安装在小车板的四个角上；
步骤（三）、将上拉伸夹具的下端部和下拉伸夹具的上端部均安装粘接头，所述粘接头的形状与试样相配合，将试样进行预先粘接，在试样上、下两端用环氧树脂胶粘接到拉伸夹具上的粘接头处，调整上、下粘接头位置使试样两端都与粘接头接触，空隙处采用胶水填补，粘接头设计为喇叭扣形式，在试样的上、下端部的周围涂抹一圈环氧树脂胶，以便增大试样受拉力时的的粘接力，待胶水晾干后备用；
步骤（四）、将外压力室外侧的工程油缸升起后，将粘接好试样的上拉伸夹具和下拉伸夹具分别安装在上拉压活塞和下拉压活塞的端部，并在拉伸夹具与拉压活塞连接处的凹槽内镶入密封圈，使围压不能作用于试样的上、下两端，然后将上下端的拉伸夹具与拉压活塞采用螺栓锁紧；
步骤（五）、安装好试样后，将外压力室推到动态疲劳试验机的工作位置后，在拉压压力室内充入围压油，在增压到指定目标值后，通过动态疲劳试验机的上下夹头将试样夹紧即可进行三轴下的拉压疲劳试验。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置，其特征在于，所述装置包括圆柱形的外压力室(21)，所述外压力室(21)包括圆筒形侧壁，圆环形的上盖板(16)和圆环形的下盖板(17)，所述外压力室(21)竖直安装在矩形的小车板(1)上，所述小车板(1)的四个角上分别安装有车轮(3)，所述外压力室(21)的圆筒形侧壁的外侧竖直对称安装有第一工程缸(701)和第二工程缸(702)，所述第一工程缸(701)和第二工程缸(702)的缸筒下端安装在小车板(1)上，第一工程缸(701)和第二工程缸(702)的活塞杆上端分别连接第一提升块(801)和第二提升块(802)，所述第一提升块(801)和第二提升块(802)固定安装在上盖板(16)的上表面；
所述外压力室(21)内安装有拉压套件，所述拉压套件包括拉压压力室(15)以及设置在拉压压力室(15)内的拉压组件，所述拉压组件包括竖直安装的上拉压活塞(10)和下拉压活塞(11)，所述上拉压活塞(10)的下端部安装上拉伸夹具(12)，所述下拉压活塞(11)的上端部安装下拉伸夹具(13)，所述上拉伸夹具(12)和下拉伸夹具(13)之间安装试样(14)；
所述车轮(3)内侧安装轴承(9)，所述轴承(9)外端连接车轮支腿(6)，所述小车板(1)上表面沿下盖板(17)的四周设有集油槽(18)。
2.根据权利要求1所述基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置，其特征在于，所述第一工程缸(701)和第二工程缸(702)的上端分别通过螺栓和螺母连接第一提升块(801)和第二提升块(802)。
3.根据权利要求1所述基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置，其特征在于，所述外压力室(21)的内壁与上盖板(16)的外侧壁之间的连接面上安装有导向带(19)和密封圈(20)；所述外压力室(21)的内壁与下盖板(17)的外侧壁之间的连接面上安装有导向带(19)和密封圈(20)。
4.根据权利要求1所述基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置，其特征在于，所述上盖板(16)的中间通孔的内壁与上拉压活塞(10)的外侧壁之间的连接面上安装有导向带(19)和密封圈(20)；所述下盖板(17)的中间通孔的内壁与下拉压活塞(11)的外侧壁之间的连接面上安装有导向带(19)和密封圈(20)。
5.根据权利要求1所述基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置，其特征在于，所述轴承的外端与车轮支腿(6)之间依次设有轴承垫(5)和防滑垫(4)。
6.根据权利要求1所述基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置，其特征在于，所述车轮(3)外侧安装有轮盖(2)，所述轮盖(2)通过螺栓安装在车轮(3)的外侧。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的基于动态疲劳试验机的岩石三轴拉压试验装置的应用，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤(一)、准备直径50mm，高度100mm±5mm的圆柱形试样，准备将试样按要求组装成拉压组件；
步骤(二)、组装拉压试验装置，将下盖板和外压力室安装在小车板上，将上拉压活塞和下拉压活塞安装在拉压压力室内，并将拉压压力室安装在外压力室中，将上盖板安装在外压力室顶部并通过提升块分别连接第一工程缸和第二工程缸，将车轮安装在小车板的四个角上；
步骤(三)、将上拉伸夹具的下端部和下拉伸夹具的上端部均安装粘接头，所述粘接头的形状与试样相配合，将试样进行预先粘接，在试样上、下两端用环氧树脂胶粘接到拉伸夹具上的粘接头处，调整上、下粘接头位置使试样两端都与粘接头接触，空隙处采用胶水填补，粘接头设计为喇叭扣形式，在试样的上、下端部的周围涂抹一圈环氧树脂胶，以便增大试样受拉力时的的粘接力，待胶水晾干后备用；
步骤(四)、将外压力室外侧的工程油缸升起后，将粘接好试样的上拉伸夹具和下拉伸夹具分别安装在上拉压活塞和下拉压活塞的端部，并在拉伸夹具与拉压活塞连接处的凹槽内镶入密封圈，使围压不能作用于试样的上、下两端，然后将上下端的拉伸夹具与拉压活塞采用螺栓锁紧；
步骤(五)、安装好试样后，将外压力室推到动态疲劳试验机的工作位置后，在拉压压力室内充入围压油，在增压到指定目标值后，通过动态疲劳试验机的上下夹头将试样夹紧即可进行三轴下的拉压疲劳试验。
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2018
- 2018-08-28 CN CN201810985134.1A patent/CN109030180B/zh active Active
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