CN204389307U - 软岩真三轴实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种软岩真三轴实验装置，其特征包括围压系统、滑移加载系统。围压系统由承压筒和扁千斤顶组成：承压筒由承压侧筒和端盖组成，沿承压侧筒长度的中间位置有等间距的四个注油塞孔，承压侧筒两端各有一个端盖，端盖上各有一个注油塞孔；扁千斤顶由注油塞、压力板和压力板底座组成，压力板和压力板底座之间形成压力腔I，注油塞和压力板底座之间形成压力腔II。滑移加载系统由上板、滚珠和承压板组成，上板上开有多排滚珠槽，滚珠置于上板的滚珠槽中，六块承压板交错布置构成压力室，且六块承压板之间可以实现相对滑移。本实验新型通过三对扁千斤顶对试件施加三向不等刚性荷载，能够完全实现真三轴高应力条件下的大尺寸软岩试件的压缩实验。
Description
技术领域
本实用新型涉及软岩真三轴实验装置，能对软岩或高孔隙度试件施加三向不等刚性荷载。
背景技术
在天然条件下，岩体是一种复杂的地质体，处在复杂三维应力场中的岩体一般处于压剪应力状态。在压剪应力的作用下，岩石破坏往往是由于岩石内部的微裂缝扩展、连接、贯通等造成的。常规三轴岩石力学实验一般都是对岩石施加一定的围压，保持围压不变(σ2＝σ3)增加最大主应力σ1使岩石发生破坏，这种实验方法只能研究轴对称的应力状态，不适用于中间主应力对岩体强度和变形的影响。由于岩石受力产生变形，尤其是对软岩及孔隙度高的岩石进行加载时，目前国内外的真三轴实验装置并不能实现完全意义上的真三轴加载，与试件接触的三轴压力板面积都要比试件的表面积小，在对试件进行加载时，各个压力板之间才不会产生干扰，因此目前国内外的真三轴实验装置并不能对试件的边角处进行加载。
本实用新型涉及软岩真三轴实验装置，能够完全对软岩或高孔隙度的试件施加三向不等刚性载荷，随着试件的变形，压力室的形状也随着改变，实现与试件的完全接触，对试件进行三个方向的完全加载。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够向软岩或高孔隙度试件施加三向不 等刚性荷载的软岩真三轴实验装置。
为此，本实用新型提供了一种软岩真三轴实验装置，其特征包括围压系统和滑移加载系统。围压系统包括承压筒和扁千斤顶：承压筒是由承压侧筒和端盖组成，沿承压侧筒长度的中间位置有等间距的四个注油塞孔，承压侧筒上每个注油塞孔对应一个扁千斤顶，承压侧筒两端各有一个端盖，端盖上各有一个注油塞孔，端盖上注油塞孔对应一个扁千斤顶。扁千斤顶由注油塞、压力板和压力板底座组成，压力板和压力板底座之间形成压力腔I，注油塞和压力板底座之间形成压力腔II。滑移加载系统由上板、滚珠和承压板组成。上板上开有多排滚珠槽，滚珠置于上板的滚珠槽中，上板通过焊接固定在扁千斤顶的压力板上。构成压力室的六块承压板交错布置，一块承压板的正面与其他两块承压板的侧面相接触，与另外两块承压板的正面相接触，其中六块承压板有两块承压顶板和四块承压侧板，压力室用于安放软岩或高孔隙度试件。
如上所述的软岩真三轴实验装置，其中，软岩真三轴实验装置水平放置。
如上所述的软岩真三轴实验装置，其中，承压侧筒与端盖之间采用螺栓连接，沿承压侧筒长度的中间位置有等间距的四个注油塞，两侧端盖上各有一个注油塞。
如上所述的软岩真三轴实验装置，其中，所述注油塞含有两个注油孔，注油孔I与压力板和压力板底座之间采用密封件密封形成的压力腔I相连，注油孔II与注油塞和压力板底座之间采用密封件密封形成的压力腔II相连；注油孔I可实现加载过程，注油孔II可实现卸载过程。
如上所述的软岩真三轴实验装置，其中，所述扁千斤通过螺栓固定在承压侧筒上。
如上所述的软岩真三轴实验装置，其中，所述上板经过焊接固定在扁千斤顶的压力板上，上板正对压力板的一侧上开有多排滚珠槽，滚珠置于上板的滚珠槽中。
如上所述的软岩真三轴实验装置，其中，所述扁千斤顶对压力室施加刚性荷载时，扁千斤顶压力板推动滑移加载系统对承压板施加荷载，滑移加载系统在压紧承压板的同时允许其有侧向滑移。
如上所述的软岩真三轴实验装置，其中，所述构成压力室的六块承压板交错布置，一块承压板的正面与其他两块承压板的侧面相接触，与另外两块承压板的正面相接触。
如上所述的软岩真三轴实验装置，其中，所述六块承压板交错布置构成压力室，六块承压板中有两块承压顶板和四块承压侧板，当其中一块承压板压紧试件时会推动另外两块承压板向相同方向运动；六块承压板之间的相对运动，实现了压力室内部空间的不断减小。
如上所述的软岩真三轴实验装置，其中，所述六块承压板之间可以实现相对滑移，使得压力腔大小可以变化，使得本实用新型能够对长方体形和立方体形试件进行压缩实验，而且试件的尺寸规格也可以随实验要求进行改变。
本实用新型的特点和优点是：
本实用新型结构简单，操作方便，适用性强，由于采用了独特的滑移加载系统，使得本实用新型能够适应长方体形及立方体形两种形状的大尺 寸的软岩试件，且用于真三轴压缩实验的试件尺寸可以变化，增大了本实用新型的应用范围；由于扁千斤被固定在承压侧筒内壁和承压侧筒的端盖上，并且注油塞与压力板之间采用螺纹连接，实现了注油塞和压力板的同步运动，因此试验时不必再拆卸扁千斤；注油塞上设有两个注油孔，使得液压稳压源中的液压油可以循环利用，避免了试验人员直接接触液压油，使工作环境更为干净。
本实用新型可实现对软岩或高孔隙度试件进行三向不等刚性加载的真三轴压缩实验，整套设备构造简单，操作方便，适用性广，能够对立方体形及长方体形两种形状的不同规格的大尺寸岩石试件进行复杂应力作用下的裂缝发展机理研究。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，
图1为本实用新型的软岩真三轴实验装置结构示意图；
图2为本实用新型的软岩真三轴实验装置A-A截面剖视示意图；
图3为本实用新型的软岩真三轴实验装置B-B截面剖视示意图；
图4为本实验新型的软岩真三轴实验装置压力室示意图；
附图标号说明：1、承压侧筒2、压力板底座；3、压力板；4、注油塞；5、端盖；6、螺栓；7、端盖压力板；8、注油孔I；9、注油孔II；10、压力腔II；11、压力腔I；12、上板；13、滚珠；14、承压顶板；15、密封件； 16、承压侧板；17、压力室；
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
图1为本实用新型的软岩真三轴实验装置结构示意图；图2为本实用新型的软岩真三轴实验装置A-A剖面剖视示意图；图3为本实用新型的软岩真三轴实验装置B-B剖面剖视示意图；图4为本实用新型的软岩真三轴实验装置压力室示意图。
由图2、图3和图4所示，一种用于模拟岩石裂缝扩展的测试装置，其特征包括围压系统、滑移加载系统。围压系统包括承压筒和扁千斤顶：承压筒包括承压侧筒1和端盖5，承压筒水平放置，沿承压侧筒长度的中间位置有等间距的四个注油塞孔，承压侧筒上每个注油塞孔对应一个扁千斤顶；承压侧筒两端各有一个端盖，端盖上各开有一个注油塞孔，每个端盖上的注油塞孔的位置上安放一个扁千斤顶。扁千斤顶由压力板底座2、压力板3、注油塞4和密封件15组成，压力板和压力板底座之间形成压力腔I，注油塞和压力板底座之间形成压力腔II；扁千斤顶上的注油塞有两个注油孔，注油孔I与压力室底座和压力板之间的压力腔I相连，注油孔II与注油塞与压力室底座之间形成的压力腔II相连。滑移加载系统由上板12、滚珠13和承压板组成：上板经过焊接固定在扁千斤顶的压力板上，上板的表面开有多排滚珠槽，滚珠置于上板的滚珠槽中；压力室由两块承压顶板14和四块承压侧板16组成，六块承压板呈交错布置并可相对自由滑动，压力室 17用于安放呈长方体形或立方体形的不同尺寸规格的软岩或高孔隙度试件。
进一步，围压系统由承压侧筒1、端盖5和扁千斤顶组成，围压系统内部有三对扁千斤顶，三对扁千斤顶按X、Y和Z轴方向按每对扁千斤顶相向布置，每对扁千斤顶对试件提供的压力大小可调，且三对扁千斤顶的施加荷载可调为不同值，实现了本实用新型对软岩或高孔隙度试件提供三向不等刚性荷载的功能。
此外，扁千斤顶上的注油塞有两个注油孔，注油孔I与压力板底座和压力板之间的压力腔I相连，注油孔II与注油塞与压力板底座之间形成的压力腔II相连；当给试件施加刚性载荷时，注油孔II打开，液压油由注油孔I注入；当给试件撤销刚性荷载时，注油孔I打开，液压油由注油孔II注入。
本例中滑移加载系统由上板12、滚珠13和承压板组成，上板经过焊接固定在扁千斤顶的压力板3上，上板上正对承压板的面上开有多排滚珠槽，滚珠置于上板的滚珠槽中。当给试件施加刚性荷载时，扁千斤顶的压力板会推动上板不断压紧承压板，同时由于滚珠可以在上板的滚珠槽中自由滚动，使得其在对承压板施加荷载时也可以允许其有侧向滑移。
另外，构成压力室的承压顶板14和承压侧板16尺寸不同，六块承压板交错布置，当其中一块承压板受压压紧试件时，会推动另外两块承压板向相同方向运动；六块承压板之间的相对运动，使压力室体积不断减小；同时由于压力室的体积可以变化，使得压力室可以安放立方体形和长方体形的试件，并且试件的尺寸可以做成不同规格，扩大了本实用新型的应用范围。
实施例
首先，将一块承压侧板安放在底部的扁千斤顶上，随后将试件安放在底部承压侧板上，然后将其他三块承压侧板安放在试件顶部及两侧，在试件两端承压顶板对应的位置安放一排弹簧，将承压顶板放在弹簧上，使承压顶板保持平衡，启动稳压源多通道向扁千斤顶进行加载，使承压侧筒内四个扁千斤顶上的滚珠与承压侧板接触并将其夹紧。随后将端盖上的扁千斤顶的压力板对好承压顶板，盖上端盖并用螺栓将其固定在承压侧筒上，启动稳压源多通道向两端盖的扁千斤顶进行加载，使端盖上的滚珠与承压顶板接触并将其夹紧。启动稳压源多通道向六个扁千斤顶提供液压，各通道的压力大小按照实验要求分别予以设定，对试件施加刚性荷载，由每个注油塞的注油孔I注入液压油，同时每个注油塞的注油孔II打开使得与之相连的压力腔II中的液压油流回到稳压源中。
扁千斤顶的压力板会推动上板压紧试件，上板上的滚珠与承压板接触并将其压紧，由于滚珠可以在滚珠槽内滚动，因此可以允许承压板在压缩过程中可以有侧向滑移；六块承压板在刚性荷载的作用下会使压力室的体积不断被挤压缩小，从而使内部的岩石试件不断被压缩；当作用在试件每个面上的压力达到实验设定压力时，关闭稳压源多通道，停止向注油孔I中注入液压油，同时打开注油塞上的注油孔I，向注油孔II注入液压油，使扁千斤顶远离试件；卸掉扁千斤顶上的压力后，取下承压侧筒两端的端盖，拆下承压侧板及承压顶板，取出岩石试件进行观察即可。
Claims (5)
1.一种软岩真三轴实验装置，其特征在于，所述软岩真三轴实验装置包括围压系统、滑移加载系统；围压系统包括扁千斤顶和承压筒：承压筒由承压侧筒和端盖组成，沿承压侧筒长度的中间位置有等间距的四个注油塞孔，承压侧筒上每个注油塞孔对应一个扁千斤顶，承压侧筒两端各有一个端盖，端盖上各有一个注油塞孔，端盖上注油塞孔对应一个扁千斤顶；扁千斤顶由注油塞、压力板和压力板底座组成，压力板和压力板底座之间形成压力腔I，注油塞和压力板底座之间形成压力腔II；滑移加载系统由上板、滚珠和承压板组成：上板上有滚珠槽，滚珠置于上板的滚珠槽中，六块承压板交错布置构成压力室，六块承压板之间可以实现相对滑移。
2.如权利要求1所述的软岩真三轴实验装置，其特征在于，滑移加载系统的上板经过焊接固定在扁千斤顶的压力板上。
3.如权利要求1所述的软岩真三轴实验装置，其特征在于，滑移加载系统的上板上开有多排滚珠槽，滚珠置于上板的滚珠槽中。
4.如权利要求1所述的软岩真三轴实验装置，其特征在于，构成压力室的六块承压板中有两块承压顶板和四块承压侧板，承压顶板和承压侧板尺寸不同。
5.如权利要求4所述的软岩真三轴实验装置，其特征在于，构成压力室的六块承压板交错布置，一块承压板的正面与其他两块承压板的侧面相接触，与另外两块承压板的正面相接触。
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