CN114858582B - 地下工程复合受力材料综合试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了地下工程复合受力材料综合试验装置,涉及地下工程材料领域,包括反力框架,反力框架从上至下依次分为第一试验区域、第二试验区域和第三试验区域;第一试验区域顶部安装扭矩装置,底部安装有延伸至第二试验区域顶部的双向加载缸,双向加载缸一端与扭矩装置分别连接试件锁紧装置,两试件锁紧装置之间设有单剪装置;双向加载缸另一端连接设于第二试验区域的压力均衡装置,压力均衡装置下方设有压力加载囊;第三试验区域设有液压油缸。本发明能够对处于地下工程复杂受力状态下的支护杆件和岩体材料进行疲劳和扰动测试,可以真实的模拟地下材料在复杂受力情况下的疲劳过程。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程材料领域,尤其涉及地下工程复合受力材料综合试验装置。
背景技术
随着地下工程的日益复杂,地下材料在拉、压、剪、扭等复合受力的同时,还会频繁的受到动力扰动。研究地下工程材料在复合受力情况下的抗疲劳性能具有十分重要的意义,但是发明人发现,由于当前科研技术人员未充分认识研究地下工程支护材料在复合受力条件下力学性能的重要性,因此现有疲劳装置存在下述问题:
一、无法真实模拟地下支护材料处于复合受力状态下的震动扰动;
二、无法真实模拟地下岩石处于三轴受力蠕变下的动力扰动;
三、现有装置各部件利用率较低,一套设备无法同时实现支护杆件和岩石试件的疲劳加载。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的是提供地下工程复合受力材料综合试验装置,能够对处于地下工程复杂受力状态下的支护杆件和岩体材料进行疲劳和扰动测试,可以真实的模拟地下材料在复杂受力情况下的疲劳过程。
为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:
本发明的实施例提供了地下工程复合受力材料综合试验装置,包括反力框架,反力框架从上至下依次分为第一试验区域、第二试验区域和第三试验区域;
第一试验区域顶部安装扭矩装置,底部安装有延伸至第二试验区域顶部的双向加载缸,双向加载缸一端与扭矩装置分别连接试件锁紧装置,两试件锁紧装置之间设有单剪装置;
双向加载缸另一端连接设于第二试验区域的压力均衡装置,压力均衡装置下方设有压力加载囊;第三试验区域设有液压油缸。
作为进一步的实现方式,所述单剪装置包括水平布置的剪力油缸、与剪力油缸相对设置的固定部,固定部和剪力油缸的剪力轴对应设有用于第一试件穿过的孔。
作为进一步的实现方式,所述固定部包括位于剪力轴上侧的第一固定轴、位于剪力轴下侧的第二固定轴;第一固定轴和第二固定轴的轴线与剪力轴平行。
作为进一步的实现方式,所述压力均衡装置包括与双向加载缸相连的加载板,加载板表面设有柔性耐压垫。
作为进一步的实现方式,所述压力加载囊用于包裹第二试件,压力加载囊外侧套设有刚性套筒。
作为进一步的实现方式,所述刚性套筒设有用于加载板进入的开口。
作为进一步的实现方式,所述反力框架包括沿竖直方向间隔设置的第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板,第一支撑板和第二支撑板之间设有调节板,支撑杆穿过调节板并与第一支撑板、第二支撑板固定连接;安装于第三支撑板的调节杆依次穿过第二支撑板、调节板和第一支撑板,并与调节板固定。
作为进一步的实现方式,所述调节板侧面设有至少一个调节旋钮。
作为进一步的实现方式,所述双向加载缸安装于调节板。
作为进一步的实现方式,所述液压油缸沿竖向设置,用于对压力加载囊内包裹的第二试件施加拉力。
本发明的有益效果如下:
本发明通过分层布置的反力框架安装扭矩装置、试件锁紧装置、单剪装置等,既能对支护杆件进行拉伸,又能对岩体材料进行压缩,即拉压一体,能对处于拉、剪、扭复合受力下的支护杆件开展扰动疲劳测试;反力框架还安装压力围压加载囊、压力均衡装置,能对处于蠕变测试下的岩体材料施加动力扰动测试;因此能够对处于地下工程复杂受力状态下的支护杆件和岩体材料进行疲劳和扰动测试,模拟地下材料真实的受力状况。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的结构示意图;
图2是本发明根据一个或多个实施方式的单剪装置结构示意图;
图3是本发明根据一个或多个实施方式的压力均衡装置结构示意图。
其中,1、第一支撑板,2、第二支撑板,3、第三支撑板,4、调节板,5、支撑杆,6、调节杆,7、扭矩装置,8、试件锁紧装置,9、单剪装置,10、压力均衡装置,11、压力加载囊,12、双向加载缸,13、液压油缸,14、调整旋钮,15、剪力油缸,16、剪力轴,17、第一固定轴,18、第二固定轴,19、第一试件,20、压力板,21、柔性耐压垫,22、刚性套筒,23、第二试件。
具体实施方式
实施例一:
本实施例提供了一种地下工程复合受力材料综合试验装置,如图1所示,包括反力框架、扭矩装置7、试件锁紧装置8、单剪装置9、压力均衡装置10等,通过反力框架形成试验区域,以实现复合受力材料疲劳试验。
在本实施例中,反力框架沿高度方向上分为三个试验区域,即从上至下依次为第一试验区域、第二试验区域和第三试验区域;当然,在其他实施例中,反力框架也可以设置三层以上,具体根据试验要求设置。
反力框架由支撑杆和支撑板构成,本实施例设置三个支撑板和一个调节板4,其中三个支撑板从上至下依次为第一支撑板1、第二支撑板2和第三支撑板3,调节板4设置于第一支撑板1和第二支撑板2之间。
第一支撑板1和调节板4之间形成第一试验区域,调节板4和第二支撑板2之间形成第二试验区域,第二支撑板2和第三支撑板3之间形成第三试验区域。
支撑板的形状可以根据实际情况设置,例如矩形、圆形、梯形或其他形状。
在本实施例中,支撑板为矩形板,配合设置两个支撑杆5和两个调节杆6,支撑杆5和调节杆6交错设置,即两个支撑杆5呈对角设置,两个调节杆6呈对角设置。支撑杆5、调节杆6靠近第一支撑板1、第二支撑板2的边缘设置,以形成较大的试验区域。
可以理解的,在其他实施例中,支撑杆5、调节杆6的个数可以适应性调整。
支撑杆5穿过调节板4,且支撑杆5一端与第一支撑板1固定连接,另一端与第二支撑板2固定连接。调节杆6一端安装于第三支撑板3,另一端依次穿过第二支撑板2、调节板4、第一支撑板1,且调节杆6与调节板4固定连接。在调节板4侧面安装调节旋钮14,通过调节旋钮14能够实现调节板4的锁紧或松开。
第三支撑板3上侧设有液压油缸13,液压油缸13的顶部与第二支撑板2相连,液压油缸13能够对第二支撑板2产生施加向上的力。
当在第一试验区进行杆件的疲劳测试时,液压油缸13升高,顶着第二支撑板2升高,第二支撑板2通过支撑杆5顶着第一支撑板1升高,从而带动扭矩装置7对杆件提供拉力;由于杆件下端与调节板4连接,调节板4又通过调节杆6与第三支撑板3固定连接,因此一直处于固定状态,进而实现了对杆的拉伸。
同理,当在第二试验区进行试件的压缩疲劳测试时,液压油缸13升高,顶着第二支撑板2升高,第二支撑板2顶着试件,由于试件上端顶着调节板4,调节板4又通过调节杆6与第三支撑板3固定连接,一直处于固定状态,进而实现了对试件的压缩。
如图1所示,第一支撑板1的下表面安装扭矩装置7,扭矩装置7下侧安装试件锁紧装置8,本实施例的扭矩装置7采用高性能扭矩装置,该装置内部为液压齿轮旋转结构,齿轮的旋转带动固定好的第一试件19,从而对第一试件19施加扭矩。其中,高性能扭矩装置为现有技术。
试件锁紧装置8为通过液压油缸或手动旋钮控制的夹爪结构,其同样采用现有技术实现,通过试件锁紧装置8夹紧第一试件19的一端。
调节板4上表面对应于扭矩装置7固定双向加载缸12,双向加载缸12贯穿调节板4并与调节板4固定;双向加载缸12的顶端安装试件锁紧装置8,能够夹紧第一试件19的另一端。
本实施例通过两个相对设置试件锁紧装置8夹紧第一试件19,其中,第一试件19为支护杆件。
两个试件锁紧装置8之间设有单剪装置9,单剪装置9固定于呈对角设置的两个支撑杆5之间。如图2所示,单剪装置9包括剪力油缸15、固定部,剪力油缸15水平设置,剪力油缸15与其中一个支撑杆5固定连接,剪力油缸15的剪力轴16端部开有用于支护杆件穿过的孔。
固定部与上述支撑杆5对角的另一支撑杆5连接,在本实施例中,固定部包括第一固定轴17、第二固定轴18,第一固定轴17和第二固定轴18的轴线相互平行,且垂直于支撑杆5。
第一固定轴17设于剪力轴16上侧,第一固定轴17下侧与剪力轴16上侧接触;第二固定轴18设于剪力轴16下侧,第二固定轴18上侧与剪力轴16下侧接触。
第一固定轴17和第二固定轴18远离支撑杆5的一端对应于剪力轴16开有孔,支护杆件依次穿过第一固定轴17、剪力轴16和第二固定轴18的孔,且支护杆件两端分别通过试件锁紧装置8固定。剪力轴16能够通过剪力油缸15实现伸长或缩短,对支护杆件进行剪切。
如图1所示,双向加载缸12的另一端连接压力均衡装置10,压力均衡装置10下侧设置压力加载囊11,压力加载囊11设于第二支撑板2上表面。
具体的,如图3所示,压力均衡装置10包括压力板20,压力板20一侧与双向加载缸12固定,另一侧固定有柔性耐压垫21,柔性耐压垫21可以采用橡胶等材质,通过贴有柔性耐压垫21的压力板20实现对第二试件23的均匀加载。
压力加载囊11包裹于第二试件23外侧,压力加载囊11外侧设有刚性套筒22,刚性套筒22为顶部具有开口的筒状结构,第二试件23从开口处放入压力加载囊11中。该开口尺寸略大于压力板20尺寸,以使压力板20能够顺利下压。
在本实施例中,第二试件23为岩石材料。
本实施例在支护杆件复合受力疲劳测试中,先通过试件锁紧装置8对支护杆件进行固定,液压油缸13对第二支撑板2施加向上的力,使得支护杆件产生拉力,再通过高性能扭矩装置对支护杆件施加扭矩作用,最后通过单剪装置9对其施加剪切作用。
在实现支护杆件的拉、扭、剪的复合作用后,使用双向加载缸12对支护杆件施加动力扰动进行疲劳试验,并通过调整旋钮14改变调节板4的高度,满足不同支护杆件长度尺寸的要求。
本实施例的岩体材料扰动蠕变测试中,先由液压油缸13对第二支撑板2施加向上的力,通过压力均衡装置10使岩体材料产生恒定压力,再通过压力加载囊11对其施加围压力。
岩体材料扰动蠕变测试通过双向加载缸12对蠕变试验的岩体材料施加动力扰动,进行扰动测试,可通过调整旋钮14调整高度,对不同高度的岩体材料进行试验。
本实施例可同时实现支护材料和岩石材料的试验,装置各部件利用率高;能够真实模拟支护材料处在地下工程中的拉、剪、扭等复杂受力情况下的疲劳过程;且能真实模拟岩石材料在处于地下工程三轴压缩蠕变情况下的动力扰动过程。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.地下工程复合受力材料综合试验装置,其特征在于,包括反力框架,反力框架从上至下依次分为第一试验区域、第二试验区域和第三试验区域;
第一试验区域顶部安装扭矩装置,底部安装有延伸至第二试验区域顶部的双向加载缸,双向加载缸一端与扭矩装置分别连接试件锁紧装置,两试件锁紧装置之间设有单剪装置;
双向加载缸另一端连接设于第二试验区域的压力均衡装置,压力均衡装置下方设有压力加载囊;第三试验区域设有液压油缸;
所述单剪装置包括水平布置的剪力油缸、与剪力油缸相对设置的固定部,固定部和剪力油缸的剪力轴对应设有用于第一试件穿过的孔;
所述压力均衡装置包括与双向加载缸相连的加载板,加载板表面设有柔性耐压垫;
所述液压油缸沿竖向设置,用于对压力加载囊内包裹的第二试件施加拉力。
2.根据权利要求1所述的地下工程复合受力材料综合试验装置,其特征在于,所述固定部包括位于剪力轴上侧的第一固定轴、位于剪力轴下侧的第二固定轴;第一固定轴和第二固定轴的轴线与剪力轴平行。
3.根据权利要求1所述的地下工程复合受力材料综合试验装置,其特征在于,所述压力加载囊用于包裹第二试件,压力加载囊外侧套设有刚性套筒。
4.根据权利要求3所述的地下工程复合受力材料综合试验装置,其特征在于,所述刚性套筒设有用于加载板进入的开口。
5.根据权利要求1所述的地下工程复合受力材料综合试验装置,其特征在于,所述反力框架包括沿竖直方向间隔设置的第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板,第一支撑板和第二支撑板之间设有调节板,支撑杆穿过调节板并与第一支撑板、第二支撑板固定连接;安装于第三支撑板的调节杆依次穿过第二支撑板、调节板和第一支撑板,并与调节板固定。
6.根据权利要求5所述的地下工程复合受力材料综合试验装置,其特征在于,所述调节板侧面设有至少一个调节旋钮。
7.根据权利要求5所述的地下工程复合受力材料综合试验装置,其特征在于,所述双向加载缸安装于调节板。
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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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