CN206787940U - 一种岩石试件轴向加载及压力稳定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种岩石试件轴向加载及压力稳定装置，该装置由稳力单元、外架单元和加载单元构成。稳力单元采用蝶形弹簧组提供稳定轴向压力，作用于岩石试件。试件上表面的垫板与内架上垫板之间通过球铰接触，以保证施加压力的均匀性；外架单元通过外架上下垫板为稳力单元提供反向作用力；加载单元中的千斤顶提供轴向压力，压力值的大小通过传感器与数显表实时显示。本实用新型特别适用于研究岩石在荷载与复杂环境因素耦合作用下的破坏机理时用于施加并保持稳定轴向压力，具有结构简单、操作容易、拆卸便利、快速加载的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种岩石试件试验加载装置，尤其涉及一种岩石试件轴向加载及压力稳定装置。
背景技术
在岩体工程领域中，现场岩体工程的退化失效通常是荷载和环境因素(如冻融、化学和干湿等)耦合作用下的结果，因此研究荷载与环境因素耦合作用下岩体工程的破坏机理和防治措施是当前重要的研究方向。当前常用室内岩石力学实验的手段来分析岩体工程，但没有一套有效的实验设备来全过程实现岩石在荷载与环境因素耦合作用。目前主要的方法都是先对未承受荷载的岩石进行环境处理，再进行岩石力学实验，为了克服这个问题，一些学者提出了以下的方法。
目前用于研究岩石在荷载与环境因素耦合作用下破坏机理的方法是通过千斤顶等加载装置直接对岩石施加一定荷载，将千斤顶和岩石作为一体然后至于目标环境中，或是通过千斤顶对弹簧加载变形对岩石施加一定荷载，然后保持弹簧稳定，卸除千斤顶，将弹簧和岩石作为一体放入到目标环境中。这种方法虽然可以实现荷载与环境因素的耦合，但在实际的应用过程中会受到限制，存在如下缺点：
1、千斤顶在对岩石施加荷载时，荷载的大小很难直接获得；如果将千斤顶和岩石作为一体放入到目标环境中，千斤顶可能会占用宝贵的空间，同时千斤顶在目标环境中不一定能保持正常工况，导致压力不稳定；
2、通过千斤顶对弹簧加载变形对岩石施加一定荷载，荷载的大小可以通过弹簧的变形和刚度得到，但是由于荷载通常较大，使用的弹簧一般为蝶形弹簧(能提供稳定荷载)，在较大荷载下的变形量很小，读取过程中误差大，导致实际承受的荷载与理论不一致；
3、千斤顶和岩石为一体，或是弹簧和岩石为一体，千斤顶的摇杆在加载过程中的上、下的频繁运动，对于整个装置的稳定性有一定的影响，可能会造成整个装置晃动。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种岩石试件轴向加载及压力稳定装置，该装置不仅加载均匀和控制准确，且能按预定载荷对试件施加压力，使试件从该装置中移出后的载荷保持不变，以满足后续在冻融、化学和干湿等复杂耦合环境下的实验要求。
为解决上述技术问题，本实用新型所提供的岩石试件轴向加载及压力稳定装置，包括外架单元，所述外架单元包括对应设置的外架下垫板和外架上垫板，所述外架下垫板和外架上垫板之间设有对试件施加轴向载荷的加载单元及保持载荷稳定的稳力单元；
所述稳力单元包括垂直设置于外架下垫板上的四个内架丝杆、从下到上依次滑套于所述内架丝杆上的内架下垫板、内架中垫板、内架上垫板，在内架丝杆上位于内架上垫板的上方和下方、内架中垫板的上方以及内架下垫板的下方均设有调节螺母，在内架丝杆上位于内架下垫板和内架中垫板之间套设有蝶形弹簧组；
所述加载单元包括放置在内架上垫板上的千斤顶、设置于千斤顶上用于测量输出载荷的传感器，所述传感器连接有数显表；
所述外架上垫板和外架下垫板上设有供外架丝杆穿装的通孔，所述外架上垫板和外架下垫板滑套于所述外架丝杆上，所述外架丝杆上位于外架上垫板的上方及外架下垫板的下方分别设有锁紧螺母，所述千斤顶夹持固定在所述外架上垫板和内架上垫板之间。
进一步的，所述千斤顶的中心线、内架上垫板的中心线、内架中垫板的中心线、内架下垫板的中心线在一条直线上。
进一步的，所述千斤顶为分离式薄型千斤顶，其活塞形状为凸形，凸形上半部向上伸出至分离式薄型千斤顶外并设有螺纹，下半部为分离式薄型千斤顶的内置移动活塞。
具体的，所述千斤顶通过液压管连接有手动液压泵。
进一步的，所述传感器为轮辐式称重传感器，所述轮辐式称重传感器通过位于其中心的螺纹通孔与分离式薄型千斤顶活塞上半部连接。
进一步的，所述内架上垫板底端中心位置处通过球铰连接有垫板。
进一步的，所述内架中垫板上端面与垫板对应处设有凸台。
进一步的，所述内架丝杆与所述外架下垫板可拆卸连接。
采用上述技术方案的岩石试件轴向加载及压力稳定装置，所述锁紧螺母和调节螺母均为高强度螺母。
与现有技术相比，本实用新型使用时，试件放置在内架中垫板和内架上垫板之间，通过千斤顶的活塞向上运动对外架上垫板施加压力，此时轮辐式称重传感器中央凸起部分的弹性体在外架上垫板提供的反作用力下发生变形，导致粘贴在弹性体上的电阻应变片阻值变化，然后通过电桥将阻值变化转换为电信号变化，最后通过观测电信号变化来反映压力值的大小，由于外架上垫板被锁紧螺母限位，从而带动内架上垫板相下运动对试件施加载荷，此时蝶形弹簧组压缩对内架中垫板施加等值的方向载荷，并通过传感器及数显表显示实时载荷值，当载荷值达到预设值时，停止摇动千斤顶，旋转内架中垫板上方的调节螺母使其与内架中垫板上表面接触，当继续旋转调节螺母使数显表的读数发生变化时，停止旋转调节螺母，同理旋转内架上垫板上方和下方的调节螺母，将内架上垫板固定，然后卸下载荷单元和外架单元，将稳力单元置于复杂环境中，便可实现岩石在荷载与环境因素耦合，可模拟实际环境中岩石试件所承受的压应力。
本实用新型的有益效果是：给岩石试件预施加特定轴向压应力值后并可稳定保持该压力，且采用数显表实时显示预施加压应力值的大小，提高了整个装置的应力测控精度，具有结构简单、操作容易、拆卸便利、加载快速的优点。
附图说明
图1为本实用新型装置的整体结构示意图；
图中1-锁紧螺母；2-外架上垫板；3-外架丝杆；4-轮辐式称重传感器；5-分离式薄型千斤顶；6-内架上垫板；7-球铰；8-垫板；9-试件；10-内架丝杆；11-内架中垫板；12-蝶形弹簧组；13-内架下垫板；14-外架下垫板；15-手动液压泵；16-数显表；17-调节螺母。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步地说明。
如图1所示，一种岩石试件轴向加载及压力稳定装置，包括外架单元，所述外架单元包括对应设置的外架下垫板14和外架上垫板2，所述外架下垫板14和外架上垫板2之间设有对试件9施加轴向载荷的加载单元及保持载荷稳定的稳力单元；所述稳力单元包括垂直设置于外架下垫板14上的四个内架丝杆10、从下到上依次滑套于所述内架丝杆10上的内架下垫板13、内架中垫板11、内架上垫板6，优选的，所述内架丝杆10与所述外架下垫板14可拆卸连接，在内架丝杆10上位于内架上垫板6的上方和下方、内架中垫板11的上方以及内架下垫板13的下方均设有调节螺母17，在内架丝杆10上位于内架下垫板13和内架中垫板11之间套设有蝶形弹簧组12；所述加载单元包括放置在内架上垫板6上的千斤顶5、设置于千斤顶5上用于测量施加载荷的传感器4，所述传感器4连接有数显表16；所述外架上垫板2和外架下垫板14上设有供外架丝杆3穿装的通孔，所述外架上垫板2和外架下垫板14滑套于所述外架丝杆3上，所述外架丝杆3上位于外架上垫板2的上方及外架下垫板14的下方分别设有锁紧螺母1，所述千斤顶5夹持固定在所述外架上垫板2和内架上垫板6之间，所述千斤顶5的中心线、内架上垫板6的中心线、内架中垫板11的中心线、内架下垫板13的中心线在一条直线上。
具体的，所述千斤顶5为分离式薄型千斤顶，其活塞形状为凸形，凸形上半部向上伸出至分离式薄型千斤顶外并设有螺纹，下半部为分离式薄型千斤顶的内置移动活塞，所述千斤顶5通过液压管连接有手动液压泵17，优选的，所述传感器4为轮辐式称重传感器，所述轮辐式称重传感器通过位于其中心的螺纹通孔与分离式薄型千斤顶活塞上半部连接，当千斤顶5施加载荷时，轮辐式称重传感器中央凸起部分的弹性体在外架上垫板提供的反作用力下发生变形，导致粘贴在弹性体上的电阻应变片阻值变化，然后通过电桥将阻值变化转换为电信号变化，最后通过观测电信号变化来反映压力值的大小并通过数显表将压力值显示出来。
如图1所示，以保证施加压力的均匀性，所述内架上垫板6底端中心位置处通过球铰7连接有垫板8，所述内架中垫板11上端面与垫板8对应处设有凸台。
上述技术方案中的锁紧螺母1和调节螺母17优选高强度螺母。
本实用新型的具体工作流程为：
第一步：将内架丝杆10和外加丝杆3用螺母和垫圈固定在外架下垫板14上，然后在内架丝杆上拧入4个螺母和垫圈将外架下垫板14固定；
第二步：将内架下垫板14套在内架丝杆10上，内架下垫板14下端与螺母之间通过垫圈接触；
第三步：将4个组装好的蝶形弹簧组12分别套在4根内架丝杆10上，然后放上内架中垫板11，并拧入4个螺母和垫圈到离内架中垫板11适当距离的地方，以便蝶形弹簧组12压缩结束后固定内架中垫板11；
第四步：将岩石试件9放入到内架中垫板11的上表面，然后拧入4个螺母和垫圈到试件中部的地方；
第五步：将垫板8放到试件9上表面，并居中，其次将球铰7放入垫板8的凹槽中，最后将内架上垫板6放上；
第六步：将加载单元放到内架上垫板6的中心位置处，并连接好传感器4、数显表16和手动液压泵15；
第七步：将外架上垫板2套入到外架丝杆3上，调整外架上垫板2高度后，拧入4个螺母和垫圈到指定的位置即可；
第八步：将数显表16调零，然后开始上、下摇动手动液压泵17，利用千斤顶5进行加压，当数显表16显示的力与目标压力值一样后，停止摇动手动液压泵16；然后在内架上垫板6的上端拧入4个螺母和垫圈，该过程中要保持数显表显示压力值不变；
第九步：将试件中部处的4个螺母和垫圈向上拧，直到与内架上垫板6的下表面接触为止，最后将离内架中垫板11适当距离处的4个螺母和垫圈向下拧，直到与内架中垫板11上表面接触为止；
第十步：卸下外架上垫板2，并从内架上垫板13上取下加载单元；最后再卸下外架下垫板14，此时试件被整个稳力单元固定，然后将其整体放入到目标环境中即可实现荷载与环境因素的耦合。
Claims (9)
1.一种岩石试件轴向加载及压力稳定装置，其特征在于：包括外架单元，所述外架单元包括对应设置的外架下垫板和外架上垫板，所述外架下垫板和外架上垫板之间设有对试件施加轴向载荷的加载单元及保持载荷稳定的稳力单元；
所述稳力单元包括垂直设置于外架下垫板上的四个内架丝杆、从下到上依次滑套于所述内架丝杆上的内架下垫板、内架中垫板、内架上垫板，在内架丝杆上位于内架上垫板的上方和下方、内架中垫板的上方以及内架下垫板的下方均设有调节螺母，在内架丝杆上位于内架下垫板和内架中垫板之间套设有蝶形弹簧组；
所述加载单元包括放置在内架上垫板上的千斤顶、设置于千斤顶上用于测量施加载荷的传感器，所述传感器连接有数显表；
所述外架上垫板和外架下垫板上设有供外架丝杆穿装的通孔，所述外架上垫板和外架下垫板滑套于所述外架丝杆上，所述外架丝杆上位于外架上垫板的上方及外架下垫板的下方分别设有锁紧螺母，所述千斤顶夹持固定在所述外架上垫板和内架上垫板之间。
2.根据权利要求1所述的岩石试件轴向加载及压力稳定装置，其特征在于：所述千斤顶的中心线、内架上垫板的中心线、内架中垫板的中心线、内架下垫板的中心线在一条直线上。
3.根据权利要求2所述的岩石试件轴向加载及压力稳定装置，其特征在于：所述千斤顶为分离式薄型千斤顶，其活塞形状为凸形，凸形上半部向上伸出至分离式薄型千斤顶外并设有螺纹，下半部为分离式薄型千斤顶的内置移动活塞。
4.根据权利要求2所述的岩石试件轴向加载及压力稳定装置，其特征在于：所述千斤顶通过液压管连接有手动液压泵。
5.根据权利要求3所述的岩石试件轴向加载及压力稳定装置，其特征在于：所述传感器为轮辐式称重传感器，所述轮辐式称重传感器通过位于其中心的螺纹通孔与千斤顶活塞上半部连接。
6.根据权利要求2所述的岩石试件轴向加载及压力稳定装置，其特征在于：所述内架上垫板底端中心位置处通过球铰连接有垫板。
7.根据权利要求6所述的岩石试件轴向加载及压力稳定装置，其特征在于：所述内架中垫板上端面与垫板对应处设有凸台。
8.根据权利要求1-7任一项所述的岩石试件轴向加载及压力稳定装置，其特征在于：所述内架丝杆与所述外架下垫板可拆卸连接。
9.根据权利要求1-7任一项所述的岩石试件轴向加载及压力稳定装置，其特征在于：所述锁紧螺母和调节螺母均为高强度螺母。
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