CN206583719U - 可外装试样的岩石真三轴试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可外装试样的岩石真三轴试验装置，包括均水平设置并互相垂直安装的X向支撑架和Y向支撑架，Z向支撑架垂直X向支撑架和Y向支撑架沿竖直方向设置，X向支撑架上安装有X向加载工作台，X向加载工作台可沿X向支撑架的设置方向进行滑动，Y向支撑架上安装有Y向加载工作台，Y向加载工作台可沿Y向支撑架的设置方向进行滑动，Z向支撑架上安装有Z向加载工作台，Z向加载工作台可沿Z向支撑架的设置方向进行滑动；本实用新型装置主机垂直方向采用四柱式结构，两个水平方向采用整体铸造的加载框架，该装置结构稳定、刚度大；加载框架采用可滑动设计，可在外部进行装样和调试，活动空间大，便于安装和操作。

Description

可外装试样的岩石真三轴试验装置

技术领域

本实用新型属于岩石三轴试验设备领域，特别是一种可外装试样的岩石真三轴试验装置。

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。常规三轴岩石力学试验一般都是对岩石施加一定的围压，然后保持围压不变(即σ2＝σ3)增加最大主应力σ1使岩石发生破坏，这种试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。真三轴试验可以解决常规三轴试验不能反映的复杂应力路径的演化问题，通过主应力σ1，σ2，σ3的独立变化，可以体现岩体实际受荷情况。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种可外装试样的岩石真三轴试验装置，本实用新型装置主机垂直方向采用四柱式结构，两个水平方向采用整体铸造的加载框架，该装置结构稳定、刚度大；加载框架采用可滑动设计，可在外部进行装样和调试，活动空间大，便于安装和操作。

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种可外装试样的岩石真三轴试验装置，包括均水平设置并互相垂直安装的X向支撑架和Y向支撑架，Z向支撑架垂直X向支撑架和Y向支撑架沿竖直方向设置，X向支撑架上安装有X向加载工作台，X向加载工作台可沿X向支撑架的设置方向进行滑动，Y向支撑架上安装有Y向加载工作台，Y向加载工作台可沿Y向支撑架的设置方向进行滑动，Z向支撑架上安装有Z向加载工作台，Z向加载工作台可沿Z向支撑架的设置方向进行滑动；

X向加载工作台包括内部中空的X向加载框架，X向加载框架可滑动的安装在X向支撑架上，X向加载框架内部设有X向岩样位置处，X向岩样位置处下方设有下垫块，其上方设有上垫块；X向岩样位置处沿X向支撑架的设置方向上的两侧分别水平设有X向第一加载油缸和X向第二加载油缸，X向第一加载油缸包括X向第一活塞杆，X向第一活塞杆端部连接X向传压板，X向传压板连接X向传压杆，X向传压板上还安装有X向第一传感器，X向传压杆连接X向传压内轴，X向传压内轴外侧设有X向第一传压柱，X向第一传压柱侧壁连接旋臂，X向第一传压柱外端部接近X向岩样位置处；X向第二加载油缸包括X向第二活塞杆，X向第二活塞杆端部连接X向第二传感器，X向第二活塞杆的侧壁上安装X向位移测量装置，X向第二传感器连接X向关节轴承，X向关节轴承端面安装X向压板，X向压板外端面接近X向岩样位置处；

Y向加载工作台包括内部中空的Y向加载框架，Y向加载框架可滑动的安装在Y向支撑架上， Y向加载框架内部设有Y向岩样位置处，Y向岩样位置处沿Y向支撑架的设置方向上的两侧分别水平设有连接杆和Y向油缸，连接杆一端连接Y向加载框架，其另一端连接Y向第一传压柱，Y向第一传压柱的外端部安装Y向第一关节轴承，Y向第一关节轴承外侧连接Y向第一压块，Y向第一压块的外侧端面接近Y向岩样位置处；Y向油缸固定安装在Y向加载框架中，Y向油缸包括Y向活塞杆，Y向活塞杆的外端部连接Y向传压板，Y向传压板的另一侧连接Y向第一传感器，Y向传压板的侧壁上安装Y向位移测量装置，Y向第一传感器的外侧安装有Y向第二关节轴承，Y向第二关节轴承外端部连接Y向第二压块，Y向第二压块的外侧端面接近Y向岩样位置处；

Z向加载工作台包括设于中部的Z向岩样位置处，Z向岩样位置处的上方设有轴向上油缸，Z向岩样位置处的下方设有轴向下油缸，轴向上油缸的活塞杆朝下的外侧端部连接Z向上传压板，Z向上传压板的下端面连接Z向第一传感器，Z向上传压板侧壁上安装上位移测量装置，Z向第一传感器的下侧端面安装有Z向上关节轴承，Z向上关节轴承的下侧连接Z向上垫板，Z向上垫板下侧端面连接Z向上压块；轴向下油缸包括连接在一起的轴向下活塞和轴向下活塞杆，轴向下活塞杆上侧端面连接Z向下垫板，Z向下垫板的侧壁上安装有下位移测量装置，Z向下垫板上端面连接Z向下压块。前述位移测量装置可采用位移传感器进行测量微小位移变化。

本实用新型进一步限定的技术方案是：

前述X向支撑架的一侧连接有分支滑轨，分支滑轨水平设置并垂直X向支撑架，分支滑轨上设有岩样安装小车，岩样安装小车可沿分支滑轨滑入X向加载框架中。

前述Z向支撑架包括4根竖直设置的相同的立柱。

前述X向加载框架下方设有X向加载框架车轮，其上方设有X向加载框架吊环，X向支撑架的上方设有X向框架导轨，X向加载框架车轮与X向框架导轨相配合。

前述X向支撑架的外侧端部安装有X向支撑架推移装置，该推移装置采用推移液压缸或伺服电机，X向支撑架推移装置连接X向加载框架。

前述旋臂安装在X向加载框架的侧壁上。

进一步的，

前述Y向加载工作台一侧端部与Y向支撑架的一侧端部之间安装有Y向支撑架推移装置，该推移装置采用推移液压缸或伺服电机。

前述轴向下油缸侧壁上设有加油口。

前述Y向加载工作台与Y向支撑架之间设有平行的过渡导轨。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型设计的岩石真三轴试验装置，主机垂直方向采用四柱式结构，两个水平方向采用整体铸造的加载框架，该结构形式外型美观、刚度大；控制系统采用进口原装德国DOLI全数字伺服控制器，该控制系统控制精度高、保护功能全、可靠性能强，并且可以实现试验力、变形、位移等三种方式的闭环控制，以及可以完成三种控制方式的平滑切换。电液伺服阀采用美国MOOG公司的电液伺服阀，具有响应快、抗污染能力强等特点。试验装置的计算机系统采用目前市场上最先进的联想主机，具有良好的人机界面，可以显示试验力、位移、变形（垂直方向、两个水平方向）、控制方式、加载速率等多种试验和测量参数以及多种试验曲线。试验完成后可以显示试验结果，进行曲线分析，打印试验报告，数据导出文本和excel等格式。采用先进的测控器与电子计算机相结合，使用操作非常简单方便。

附图说明

图1为本实用新型的俯视图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为X向加载工作台的结构示意图；

图4为Y向加载工作台的结构示意图；

图5为Z向加载工作台的结构示意图；

其中，1-X向加载工作台，2-Y向加载工作台，3-Z向加载工作台，4-X向支撑架，5-Y向支撑架，6-Z向支撑架，7-岩样安装小车；101- X向加载框架，102- X向加载框架车轮，103- X向加载框架吊环，104-下垫块，105-上垫块，106-X向第一活塞杆，107-X向传压板，108-X向第一传感器，109-旋臂，110-X向传压杆，111-X向第一传压柱，112-X向传压内轴，113-X向压板，114-X向关节轴承，115-X向第二传感器，116- X向第二活塞杆，117-X向位移测量装置；201-连接杆，202-Y向第一传压柱，203-Y向第一关节轴承，204-Y向第一压块，205-Y向第二压块，206-Y向第二关节轴承，207-Y向第一传感器，208- Y向传压板，209-Y向位移测量装置，210-Y向活塞杆，211-Y向油缸，212-Y向支撑架推移装置，213-Y向加载框架；301-轴向上油缸，302-上位移测量装置，303-Z向第一传感器，304-Z向上传压板，305-Z向上关节轴承，306-Z向上垫板，307-Z向上压块，308-Z向下压块，309-下位移测量装置，310-Z向下垫板，311-轴向下活塞杆，312-加油口，313-轴向下活塞，314-轴向下油缸，315-过渡导轨；401- X向框架导轨，402-X向支撑架推移装置。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种可外装试样的岩石真三轴试验装置，结构如图1、图2所示，包括均水平设置并互相垂直安装的X向支撑架4和Y向支撑架5，Z向支撑架6垂直X向支撑架4和Y向支撑架5沿竖直方向设置，X向支撑架4上安装有X向加载工作台1，X向加载工作台1可沿X向支撑架4的设置方向进行滑动，Y向支撑架5上安装有Y向加载工作台2，Y向加载工作台2可沿Y向支撑架5的设置方向进行滑动，Z向支撑架6上安装有Z向加载工作台3，Z向加载工作台3可沿Z向支撑架6的设置方向进行滑动；

如图3所示，X向加载工作台1包括内部中空的X向加载框架101，X向加载框架101可滑动的安装在X向支撑架4上，X向加载框架101内部设有X向岩样位置处，X向岩样位置处下方设有下垫块104，其上方设有上垫块105；X向岩样位置处沿X向支撑架4的设置方向上的两侧分别水平设有X向第一加载油缸和X向第二加载油缸，X向第一加载油缸包括X向第一活塞杆106，X向第一活塞杆106端部连接X向传压板107，X向传压板107连接X向传压杆110，X向传压板107上还安装有X向第一传感器108，X向传压杆110连接X向传压内轴112，X向传压内轴112外侧设有X向第一传压柱111，X向第一传压柱111侧壁连接旋臂109，X向第一传压柱111外端部接近X向岩样位置处；X向第二加载油缸包括X向第二活塞杆116，X向第二活塞杆116端部连接X向第二传感器115，X向第二活塞杆116的侧壁上安装X向位移测量装置117，X向第二传感器115连接X向关节轴承114，X向关节轴承114端面安装X向压板113，X向压板113外端面接近X向岩样位置处；

如图4所示，Y向加载工作台2包括内部中空的Y向加载框架213，Y向加载框架213可滑动的安装在Y向支撑架5上， Y向加载框架213内部设有Y向岩样位置处，Y向岩样位置处沿Y向支撑架5的设置方向上的两侧分别水平设有连接杆201和Y向油缸211，连接杆201一端连接Y向加载框架213，其另一端连接Y向第一传压柱202，Y向第一传压柱202的外端部安装Y向第一关节轴承203，Y向第一关节轴承203外侧连接Y向第一压块204，Y向第一压块204的外侧端面接近Y向岩样位置处；Y向油缸211固定安装在Y向加载框架213中，Y向油缸211包括Y向活塞杆210，Y向活塞杆210的外端部连接Y向传压板208，Y向传压板208的另一侧连接Y向第一传感器207，Y向传压板208的侧壁上安装Y向位移测量装置209，Y向第一传感器207的外侧安装有Y向第二关节轴承206，Y向第二关节轴承206外端部连接Y向第二压块205，Y向第二压块205的外侧端面接近Y向岩样位置处；

如图5所示，Z向加载工作台3包括设于中部的Z向岩样位置处，Z向岩样位置处的上方设有轴向上油缸301，Z向岩样位置处的下方设有轴向下油缸314，轴向上油缸301的活塞杆朝下的外侧端部连接Z向上传压板304，Z向上传压板304的下端面连接Z向第一传感器303，Z向上传压板304侧壁上安装上位移测量装置302，Z向第一传感器303的下侧端面安装有Z向上关节轴承305，Z向上关节轴承305的下侧连接Z向上垫板306，Z向上垫板306下侧端面连接Z向上压块307；轴向下油缸314包括连接在一起的轴向下活塞313和轴向下活塞杆311，轴向下活塞杆311上侧端面连接Z向下垫板310，Z向下垫板310的侧壁上安装有下位移测量装置309，Z向下垫板310上端面连接Z向下压块308。

前述位移测量装置可采用位移传感器进行测量微小位移变化。前述X向支撑架4的一侧连接有分支滑轨，分支滑轨水平设置并垂直X向支撑架4，分支滑轨上设有岩样安装小车7，岩样安装小车7可沿分支滑轨滑入X向加载框架101中。前述Z向支撑架6包括4根竖直设置的相同的立柱。前述X向加载框架101下方设有X向加载框架车轮102，其上方设有X向加载框架吊环103，X向支撑架4的上方设有X向框架导轨401，X向加载框架车轮102与X向框架导轨401相配合。前述X向支撑架4的外侧端部安装有X向支撑架推移装置402，该推移装置采用推移液压缸，X向支撑架推移装置402连接X向加载框架101。前述旋臂109安装在X向加载框架101的侧壁上。

前述Y向加载工作台2一侧端部与Y向支撑架5的一侧端部之间安装有Y向支撑架推移装置212，该推移装置采用推移液压缸。前述轴向下油缸314侧壁上设有加油口312。前述Y向加载工作台2与Y向支撑架5之间设有平行的过渡导轨315。

实施例2

本实施例提供一种可外装试样的岩石真三轴试验方法，包括如下具体步骤：

步骤（一）、检查线路、管路是否连接完好并进行调试；

步骤（二）、通过驱动Y向支撑架推移装置（212）推动Y向加载框架（213），将Y向加载工作台（2）推进Z向加载工作台（3）中；

步骤（三）、将试样按要求组装成试样组件，将岩样安装小车（7）退至X向支撑架（4）一侧的分支滑轨上，并安装在岩样安装小车（7）上，再将装有试样组件的岩样安装小车（7）通过分支滑轨推入X向加载框架（101）中；

步骤（四）、连同岩样安装小车（7）一起，将X向加载框架（101）沿着X向支撑架（4）上的X向框架导轨（401）推进Z向加载工作台（3）中；

步骤（五）、驱动轴向下油缸（314），通过轴向下活塞杆（311）和轴向下活塞（313）向上运动，推动Z向下压块（308）向上移动，从而托举载有试样组件的岩样安装小车（7）上升，直至试样组件的中心和水平设置的X向第一加载油缸、X向第二加载油缸以及Y向油缸（211）处于同一水平面上；

步骤（六）、驱动轴向上油缸（301），使得Z向上压块（307）向下运动，直至接触试样组件的上表面，通过轴向下油缸（314）和轴向上油缸（301）将试样组件连同岩样安装小车（7）固定住；

步骤（七）、驱动X向第一加载油缸、X向第二加载油缸、连接杆（201）及Y向油缸（211），从而推动X向第一传压柱（111）、X向压板（113）、Y向第一压块（204）及Y向第二压块（205）分别接触试样组件的四个侧表面；

步骤（八）、由于X向第一加载油缸为扰动油缸，若无需进行扰动加载，则轴向下油缸（314）、X向第一加载油缸以及连接杆（201）不动，通过驱动轴向上油缸（301）、X向第二加载油缸和Y向油缸（211）对试样组件进行加载试验；若需要进行扰动加载，则轴向下油缸（314）及连接杆（201）不动，通过驱动轴向上油缸（301）、X向第一加载油缸、X向第二加载油缸和Y向油缸（211）对试样组件进行加载试验，并记录实验数据；

步骤（九）、加载过程中，由于自平衡作用，X向加载框架（101）及Y向加载框架（213）在水平方向上发生微小位移，并分别由X向位移测量装置（117）及Y向位移测量装置（209）测出微小位移量，且由X向第一传感器（108）及X向第二传感器（115）测出X向加载工作台（1）施加的加载力，由Y向第一传感器（207）测出Y向加载工作台（2）施加的加载力，由Z向第一传感器（303）测出Z向加载工作台（3）施加的加载力；

步骤（十）、加载试验完成后，根据是否进行扰动加载，首先撤走X向第一加载油缸、X向第二加载油缸和Y向油缸211的加载，或者首先撤走X向第二加载油缸和Y向油缸211的加载；再撤走轴向上油缸（301）的加载，然后X向加载框架（101）及Y向加载框架（213）卸去自平衡作用自动回到自然状态位置处，轴向下油缸（314）下降直至落到Z向加载工作台（3）的底部，而载有试样组件的岩样安装小车（7）落在X向加载工作（1）上；

步骤（十一）、驱动X向支撑架推移装置（402）将X向加载框架（101）连同载有试样组件的岩样安装小车（7）一同推移至X向支撑架（4）的外侧尾部，且将载有试样组件的岩样安装小车（7）退回至X向支撑架（4）一侧的分支滑轨上；驱动Y向支撑架推移装置（212）将Y向加载框架（213）推移至Y向支撑架（5）的外侧尾部；

步骤（十二）、拆卸安装小车（7）上的试样组件，并关闭设备的管路及电源。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可外装试样的岩石真三轴试验装置，其特征在于，包括均水平设置并互相垂直安装的X向支撑架（4）和Y向支撑架（5），Z向支撑架（6）垂直X向支撑架（4）和Y向支撑架（5）沿竖直方向设置，所述X向支撑架（4）上安装有X向加载工作台（1），所述X向加载工作台（1）可沿所述X向支撑架（4）的设置方向进行滑动，所述Y向支撑架（5）上安装有Y向加载工作台（2），所述Y向加载工作台（2）可沿所述Y向支撑架（5）的设置方向进行滑动，所述Z向支撑架（6）上安装有Z向加载工作台（3），所述Z向加载工作台（3）可沿所述Z向支撑架（6）的设置方向进行滑动；

所述X向加载工作台（1）包括内部中空的X向加载框架（101），所述X向加载框架（101）可滑动的安装在X向支撑架（4）上，所述X向加载框架（101）内部设有X向岩样位置处，所述X向岩样位置处下方设有下垫块（104），其上方设有上垫块（105）；所述X向岩样位置处沿所述X向支撑架（4）的设置方向上的两侧分别水平设有X向第一加载油缸和X向第二加载油缸，所述X向第一加载油缸包括X向第一活塞杆（106），所述X向第一活塞杆（106）端部连接X向传压板（107），所述X向传压板（107）连接X向传压杆（110），所述X向传压板（107）上还安装有X向第一传感器（108），所述X向传压杆（110）连接X向传压内轴（112），所述X向传压内轴（112）外侧设有X向第一传压柱（111），所述X向第一传压柱（111）侧壁连接旋臂（109），所述X向第一传压柱（111）外端部接近X向岩样位置处；所述X向第二加载油缸包括X向第二活塞杆（116），所述X向第二活塞杆（116）端部连接X向第二传感器（115），所述X向第二活塞杆（116）的侧壁上安装X向位移测量装置（117），所述X向第二传感器（115）连接X向关节轴承（114），所述X向关节轴承（114）端面安装X向压板（113），所述X向压板（113）外端面接近X向岩样位置处；

所述Y向加载工作台（2）包括内部中空的Y向加载框架（213），所述Y向加载框架（213）可滑动的安装在Y向支撑架（5）上， 所述Y向加载框架（213）内部设有Y向岩样位置处，所述Y向岩样位置处沿所述Y向支撑架（5）的设置方向上的两侧分别水平设有连接杆（201）和Y向油缸（211），所述连接杆（201）一端连接所述Y向加载框架（213），其另一端连接Y向第一传压柱（202），所述Y向第一传压柱（202）的外端部安装Y向第一关节轴承（203），所述Y向第一关节轴承（203）外侧连接Y向第一压块（204），所述Y向第一压块（204）的外侧端面接近Y向岩样位置处；所述Y向油缸（211）固定安装在所述Y向加载框架（213）中，所述Y向油缸（211）包括Y向活塞杆（210），所述Y向活塞杆（210）的外端部连接Y向传压板（208），所述Y向传压板（208）的另一侧连接Y向第一传感器（207），所述Y向传压板（208）的侧壁上安装Y向位移测量装置（209），所述Y向第一传感器（207）的外侧安装有Y向第二关节轴承（206），所述Y向第二关节轴承（206）外端部连接Y向第二压块（205），所述Y向第二压块（205）的外侧端面接近Y向岩样位置处；

所述Z向加载工作台（3）包括设于中部的Z向岩样位置处，所述Z向岩样位置处的上方设有轴向上油缸（301），所述Z向岩样位置处的下方设有轴向下油缸（314），所述轴向上油缸（301）的活塞杆朝下的外侧端部连接Z向上传压板（304），所述Z向上传压板（304）的下端面连接Z向第一传感器（303），所述Z向上传压板（304）侧壁上安装上位移测量装置（302），所述Z向第一传感器（303）的下侧端面安装有Z向上关节轴承（305），所述Z向上关节轴承（305）的下侧连接Z向上垫板（306），所述Z向上垫板（306）下侧端面连接Z向上压块（307）；所述轴向下油缸（314）包括连接在一起的轴向下活塞（313）和轴向下活塞杆（311），所述轴向下活塞杆（311）上侧端面连接Z向下垫板（310），所述Z向下垫板（310）的侧壁上安装有下位移测量装置（309），所述Z向下垫板（310）上端面连接Z向下压块（308）。

2.根据权利要求1所述的可外装试样的岩石真三轴试验装置，其特征在于，所述X向支撑架（4）的一侧连接有分支滑轨，所述分支滑轨水平设置并垂直所述X向支撑架（4），所述分支滑轨上设有岩样安装小车（7），所述岩样安装小车（7）可沿分支滑轨滑入X向加载框架（101）中。

3.根据权利要求1所述的可外装试样的岩石真三轴试验装置，其特征在于，所述Z向支撑架（6）包括4根竖直设置的相同的立柱。

4.根据权利要求1所述的可外装试样的岩石真三轴试验装置，其特征在于，所述X向加载框架（101）下方设有X向加载框架车轮（102），其上方设有X向加载框架吊环（103），所述X向支撑架（4）的上方设有X向框架导轨（401），所述X向加载框架车轮（102）与所述X向框架导轨（401）相配合。

5.根据权利要求1所述的可外装试样的岩石真三轴试验装置，其特征在于，所述X向支撑架（4）的外侧端部安装有X向支撑架推移装置（402），所述X向支撑架推移装置（402）连接X向加载框架（101）。

6.根据权利要求1所述的可外装试样的岩石真三轴试验装置，其特征在于，所述旋臂（109）安装在所述X向加载框架（101）的侧壁上。

7.根据权利要求1所述的可外装试样的岩石真三轴试验装置，其特征在于，所述Y向加载工作台（2）一侧端部与Y向支撑架（5）的一侧端部之间安装有Y向支撑架推移装置（212）。

8.根据权利要求1所述的可外装试样的岩石真三轴试验装置，其特征在于，所述轴向下油缸（314）侧壁上设有加油口（312）。

9.根据权利要求1所述的可外装试样的岩石真三轴试验装置，其特征在于，所述Y向加载工作台（2）与Y向支撑架（5）之间设有平行的过渡导轨（315）。