CN212748564U - 一种一体式岩石三轴加载系统及岩石三轴试验系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开的一体式岩石三轴加载系统。包括：围压底座；密闭设置在所述围压底座上的围压缸筒体；所述围压缸筒体内设有围压腔；设置在所述围压缸筒体上自平衡腔；穿设于所述自平衡腔的自平衡加载杆；设置在所述围压缸筒体上方，用于推动所述自平衡加载杆下压的加载油缸；设置在所述围压底座上，用于承托外部试件的下压头；所述下压头位于所述围压腔内；所述自平衡腔与所述围压腔连通。本申请提供的一体式岩石三轴加载系统，相较于现有技术而言，上压头采用自平衡设计，以保证轴向加载时轴向均匀受力和不偏心；其一能够确保试件受力测试环境稳定，能够提高试件受力测试的精准度；其二在整体结构上相较于现有技术更富有经济性且节省空间。

Description

一种一体式岩石三轴加载系统及岩石三轴试验系统

技术领域

本申请涉及矿料测试技术领域，更具体地说，尤其涉及一种一体式岩石三轴加载系统；本申请还涉及一种岩石三轴试验系统。

背景技术

目前，在现有技术中在采用压力油缸对岩石试件加压时存在以下技术问题：第一、反力框架体型巨大，且严重增加生产成本生产周期；第二、无法实现动态疲劳加载功能；第三、由于加载活塞杆伸入围压腔内，造成围压腔内气压变化，从而导致试件受压过程中受力环境不稳定，以使得所测得的岩石试件的力学数据不准确。

因此，如何提供一种一体式岩石三轴加载系统，其能够确保以上几点，同时能够提高试件受力测试的精准度，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种一体式岩石三轴加载系统，其能够确保无需巨大反力框架又能实现动、静态和流变加载且同时解决自平衡问题，又能够提高试件受力测试的精准度，本申请还涉及一种岩石三轴试验系统，同样具备上述有益效果。

本申请提供的技术方案如下：

本申请提供一种一体式岩石三轴加载系统，包括：围压底座；密闭设置在所述围压底座上的围压缸筒体；所述围压缸筒体内设有围压腔；设置在所述围压缸筒体上，位于所述围压腔上方的自平衡腔；加载油缸，所述加载油缸设置在所述自平衡腔上部，且所述加载油缸同时与围压腔直接相连；围压卡箍套，所述围压卡箍套设在所述围压底座的外侧和所述围压缸筒体的外侧之间；穿设于所述自平衡腔的自平衡加载杆，所述自平衡加载杆的自平衡活塞位于所述自平衡腔内；所述加载油缸的活塞杆与自平衡加载杆连接；设置在所述围压底座上，用于承托外部试件的下压头；设置在所述自平衡加载杆下端，用于对外部试件加载的上压头，所述上压头为自平衡上压头；所述上压头和所述下压头位于所述围压腔内；所述自平衡腔的上腔、下腔与所述围压腔连通。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，所述自平衡腔的上腔、下腔与所述围压腔连通具体为：位于所述自平衡活塞下方的所述自平衡腔为自平衡下腔；位于所述自平衡活塞上方的所述自平衡腔为自平衡上腔；所述自平衡上腔与所述围压腔连通，所述自平衡下腔与所述围压腔连通。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，还包括：安装设置在所述试件上，用于识别试件轴向长度变化的轴向引伸计；安装设置在所述试件上，用于识别试件径向长度变化的径向引伸计。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，所述加载油缸包括：设置在所述围压缸筒体上的油缸筒体；设置在所述油缸筒体内的轴压腔；竖直穿设与所述轴压腔的加载活塞杆，所述加载活塞杆的下端与所述自平衡加载杆的上端连接，所述加载活塞杆的加载活塞位于所述轴压腔内；盖设在所述油缸筒体上端面，用于封堵所述轴压腔的油缸上端盖。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，还包括：设置在所述油缸上端盖上方，用于识别所述加载活塞杆竖直方向位移的位移传感器。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，还包括：设置在所述自平衡加载杆下端的上压头；所述上压头内设置有渗流孔道；所述下压头内设置有渗流下压孔道。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，还包括：设置在所述围压底座上，用于与外部渗流系统连通的渗流管道；用于连通所述渗流流入管道和所述渗流上压头流出孔道的连接管。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，还包括：设置在所述油缸上端盖上方的测距支架，所述位移传感器通过所述测距支架设置在所述油缸上端盖上方；其中，所述位移传感器的探针垂直延伸入所述加载活塞杆内部孔中。

进一步地，在本实用新型一种优选的方式中，所述油缸筒体可拆卸设置在所述围压缸筒体上，所述围压缸筒体和所述油缸筒体直径相同。

本申请还提供一种岩石三轴试验系统，包括如上所述的一体式岩石三轴加载系统；用于提拉所述一体式岩石三轴加载系统的提升机构；用于为所述提升机构和所述一体式岩石三轴加载系统提供液压动力的液压泵站；用于控制所述提升机构、所述一体式岩石三轴加载系统、液压泵站的电控与测控系统。

本实用新型提供的一种一体式岩石三轴加载系统，与现有技术相比，包括：围压底座：密闭设置在所述围压底座上的围压缸筒体，所述围压缸筒体内设有围压腔；设置在所述围压缸筒体上，位于所述围压腔上方的自平衡腔；套设在所述围压底座和所述围压缸筒体之间的围压卡箍；穿设于所述自平衡腔的自平衡加载杆，所述自平衡加载杆的自平衡活塞位于所述自平衡腔内；设置在所述围压缸筒体上方，用于推动所述自平衡加载杆下压的加载油缸；设置在所述围压底座上，用于承托外部试件的下压头；所述下压头位于所述围压腔内；所述自平衡腔的上腔与下腔与所述围压腔连通，其中，所述加载油缸推动自平衡加载杆向下对放置在下压头上的试件施加力的作用，从而检测试件的受力特性。过程中由于自平衡腔与围压腔连通，之间的气体可以相互流动。从而减少了由于自平衡加载杆进入围压腔造成的气压变化，以保证由于自平衡加载杆向下移动时围压腔产生的体积变化而导致的围压腔压强的变化得以补偿。本申请提供的技术方案，能够确保试件受力测试环境稳定，能够提高试件受力测试的精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一体式岩石三轴加载系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一体式岩石三轴加载系统的管路连接示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

请如图1至2所示，本申请实施例提供的一体式岩石三轴加载系统，包括：围压底座1；密闭设置在所述围压底座1上的围压缸筒体2，所述围压缸筒体2内设有围压腔201；设置在所述围压缸筒体2上，位于所述围压腔201 上方的自平衡腔202；加载油缸4，所述加载油缸4设置在所述自平衡腔202 上部，且所述加载油缸4同时与围压腔201直接相连；围压卡箍3套，所述围压卡箍3套设在所述围压底座1的外侧和所述围压缸筒体2的外侧之间；穿设于所述自平衡腔202的自平衡加载杆203，所述自平衡加载杆203的自平衡活塞位于所述自平衡腔202内；所述加载油缸4的活塞杆与自平衡加载杆 203连接；设置在所述围压底座1上，用于承托外部试件的下压头；设置在所述自平衡加载杆203下端，用于对外部试件加载的上压头，所述上压头为自平衡上压头；所述上压头和所述下压头位于所述围压腔201内；所述自平衡腔202的上腔与下腔与所述围压腔201连通。

本实用新型实施例提供一种一体式岩石三轴加载系统，具体包括：围压底座1；密闭设置在所述围压底座1上的围压缸筒体2，所述围压缸筒体2内设有围压腔201；设置在所述围压缸筒体2上，位于所述围压腔201上方的自平衡腔202；加载油缸4，所述加载油缸4设置在所述自平衡腔202上部，且所述加载油缸4同时与围压腔201直接相连；围压卡箍3套，所述围压卡箍3 套设在所述围压底座1的外侧和所述围压缸筒体2的外侧之间；穿设于所述自平衡腔202的自平衡加载杆203，所述自平衡加载杆203的自平衡活塞位于所述自平衡腔202内；所述加载油缸4的活塞杆与自平衡加载杆203连接；设置在所述围压底座1上，用于承托外部试件的下压头；设置在所述自平衡加载杆203下端，用于对外部试件加载的上压头，所述上压头为自平衡上压头；所述上压头和所述下压头位于所述围压腔201内；所述自平衡腔202的上腔与下腔与所述围压腔201连通，其中，所述加载油缸4推动自平衡加载杆203向下对放置在下压头204上的试件施加力的作用，从而检测试件的受力特性，过程中由于自平衡腔202与围压腔201连通，之间的气体可以相互流动，从而减少了由于自平衡加载杆203进入围压腔201造成的气压变化，以保证由于自平衡加载杆203向下移动时围压腔201产生的体积变化而导致的围压腔201压强的变化得以补偿。本申请提供的技术方案，能够确保试件受力测试环境稳定，能够提高试件受力测试的精准度。

其中，所述自平衡腔用于抵消加载时轴向压力与围压腔的围压之间的影响；上压头采用自平衡设计，以保证轴向加载时轴向均匀受力和不偏心。

具体地，在本实用新型实施例中，所述自平衡腔202的上腔、下腔与所述围压腔201连通具体为：位于所述自平衡活塞下方的所述自平衡腔202为自平衡下腔；位于所述自平衡活塞上方的所述自平衡腔202为自平衡上腔；所述自平衡上腔与所述围压腔201连通，所述自平衡下腔与所述围压腔201 连通。

其中，当自平衡活塞杆向下移动时，自平衡下腔的体积减小，自平衡下腔的气体进入围压腔201，由于围压腔201的气压增大，自平衡上腔的体积增大，围压腔201的气体进入自平衡上腔，从而保证了围压腔201的压强稳定，从而为试件提供一个稳定的受力环境，从而提高试验的准确度。

具体地，在本实用新型实施例中，还包括：安装设置在所述试件上，用于识别试件轴向长度变化的轴向引伸计501；安装设置在所述试件上，用于识别试件径向长度变化的径向引伸计502。

其中，引伸计即为，实时监测物体形态变化的传感器，本方案中用于测量长度变化。

具体地，在本实用新型实施例中，所述加载油缸4包括：设置在所述围压缸筒体2上的油缸筒体401；设置在所述油缸筒体401内的轴压腔402；竖直穿设与所述轴压腔402的加载活塞杆403，所述加载活塞杆403的下端与所述自平衡加载杆203的上端连接，所述加载活塞杆403的加载活塞位于所述轴压腔402内；盖设在所述油缸筒体401上端面，用于封堵所述轴压腔402 的油缸上端盖404。

具体地，在本实用新型实施例中，还包括：设置在所述油缸上端盖404 上方，用于识别所述加载活塞杆403竖直方向位移的位移传感器6。

位于传感器用于测定加载活塞杆403竖直方向移动的位移，为试验提供准确数据。

具体地，在本实用新型实施例中，还包括：设置在所述自平衡加载杆203 下端的上压头205；所述上压头205内竖直设置有渗流上压孔道206；所述下压头204内竖直设置有渗流下压孔道207；其中，所述渗流上压孔道206的出液口与所述上压头205的下端面齐平；所述渗流下压孔道207的出液口与所述下压头204的上端面齐平。

通过渗流上压孔道206和渗流下压孔道207，能够对试件进行渗流试验。

具体地，在本实用新型实施例中，还包括：设置在所述围压底座上，用于与外部渗流系统连通的渗流管道；用于连通所述渗流流入管道和所述渗流上压头流出孔道的连接管。

需要进一步说明的是，还包括：设置在所述围压底座1上，用于与外部渗流系统连通的第一渗流通入管道208；设置在所述围压底座1上，用于与外部渗流系统连通的第二渗流通入管道209；用于连通所述第一渗流通入管道 208和所述渗流上压孔道206的第一连接管；用于连通所述第二渗流通入管道 209和所述渗流下压孔道207的第二连接管。

其中，渗流上压孔道206和渗流下压孔道207分别通过第一渗流通入管道208和第二渗流通入管道209向外连通，接入渗流液体。

具体地，在本实用新型实施例中，还包括：设置在所述油缸上端盖404 上方的测距支架7，所述位移传感器6通过所述测距支架设置在所述油缸上端盖404上方；其中，所述位移传感器6的探针垂直延伸入所述加载活塞杆403 上端的侧位孔中。

具体地，在本实用新型实施例中，所述油缸筒体401可拆卸设置在所述围压缸筒体2上，所述围压缸筒体2和所述油缸筒体401直径相同。

本申请还提供一种岩石三轴试验系统，包括：如上所述的一体式岩石三轴加载系统；用于提拉所述一体式岩石三轴加载系统的提升机构；用于为所述提升机构和所述一体式岩石三轴加载系统提供液压动力的液压泵站；用于控制所述提升机构、所述一体式岩石三轴加载系统、液压泵站的电控与测控系统。

其中，通过一体式岩石三轴加载系统、提升机构、液压泵站、电控与测控系统的相互配合，能够实现不同种类试验，提高系统多功能性。

更为具体地阐述，本实用新型实施例涉及的高温高压岩石三轴加载系统，加压油缸外径与围压腔201外径一致，且直接安装成一体，无需另做反力框架，其围压腔201同样满足动、静态加载和渗流测试等三轴实验的功能。该系统结构包含平行底板，提升机构，加载系统，液压泵站，电控与测控系统，其加载系统有：轴压腔402、自平衡腔202、围压腔201，加载杆、测量装置等，轴压腔402包含油缸筒体401，加载活塞杆403，油缸上端盖。所述围压腔201包含围压缸筒体2、围压底座1，卡箍、测控传感器与接口等。所述加载杆包含加载活塞杆403，自平衡加载杆203，两者于中间处用螺纹连接，以实现安装。自平衡上下腔和围压腔201均有连通，且伸缩体积均与轴向活塞伸缩体积相等，实现真正自平衡功能，保证自平衡加载杆203向下移动时产生的体积变化从而导致的围压腔201压强的变化得以补偿。

在现有技术中存在如下技术问题：1、反力框架体型巨大，且严重增加生产成本生产周期；2、无法实现动态疲劳加载功能；3、由于围压腔内气压变化，从而导致试件受压过程中受力环境不稳定，从而使得所测得的岩石试件的力学数据不准确。

本实用新型涉及的技术方案，相较于现有技术而言，设置一体式反力框架，省略了外部的反力框架，更加经济实用和美观，且不占场地；解决动态疲劳与流变加载问题，消除了轴压加载时对围压和轴向自身产生的影响；实现轴向动、静态加载的问题，使得整个试验不再局限于静态加载。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种一体式岩石三轴加载系统，其特征在于，包括：

围压底座；

密闭设置在所述围压底座上的围压缸筒体，所述围压缸筒体内设有围压腔；

设置在所述围压缸筒体上，位于所述围压腔上方的自平衡腔；

加载油缸，所述加载油缸设置在所述自平衡腔上部，且所述加载油缸同时与围压腔直接相连；

围压卡箍套，所述围压卡箍套设在所述围压底座的外侧和所述围压缸筒体的外侧之间；

穿设于所述自平衡腔的自平衡加载杆，所述自平衡加载杆的自平衡活塞位于所述自平衡腔内；所述加载油缸的活塞杆与自平衡加载杆连接；

设置在所述围压底座上，用于承托外部试件的下压头；

设置在所述自平衡加载杆下端，用于对外部试件加载的上压头，所述上压头为自平衡上压头；

所述上压头和所述下压头位于所述围压腔内；

所述自平衡腔的上腔、下腔与所述围压腔连通。

2.根据权利要求1所述的一体式岩石三轴加载系统，其特征在于，所述自平衡腔的上腔、下腔与所述围压腔连通具体为：位于所述自平衡活塞下方的所述自平衡腔为自平衡下腔；位于所述自平衡活塞上方的所述自平衡腔为自平衡上腔；所述自平衡上腔与所述围压腔连通，所述自平衡下腔与所述围压腔连通。

3.根据权利要求2所述的一体式岩石三轴加载系统，其特征在于，还包括：安装设置在所述试件上，用于识别试件轴向长度变化的轴向引伸计；

安装设置在所述试件上，用于识别试件径向长度变化的径向引伸计。

4.根据权利要求3所述的一体式岩石三轴加载系统，其特征在于，所述加载油缸包括：

设置在所述围压缸筒体上的油缸筒体；

设置在所述油缸筒体内的轴压腔；

竖直穿设与所述轴压腔的加载活塞杆，所述加载活塞杆的下端与所述自平衡加载杆的上端连接，所述加载活塞杆的加载活塞位于所述轴压腔内；

盖设在所述油缸筒体上端面，用于封堵所述轴压腔的油缸上端盖。

5.根据权利要求4所述的一体式岩石三轴加载系统，其特征在于，还包括：

设置在所述油缸上端盖上方，用于识别所述加载活塞杆竖直方向位移的位移传感器。

6.根据权利要求5所述的一体式岩石三轴加载系统，其特征在于，还包括：设置在所述自平衡加载杆下端的上压头；所述上压头内竖直设置有渗流上压孔道；所述下压头内竖直设置有渗流下压孔道；其中，所述渗流上压孔道的出液口与所述上压头的下端面齐平；所述渗流下压孔道的出液口与所述下压头的上端面齐平。

7.根据权利要求6所述的一体式岩石三轴加载系统，其特征在于，还包括：设置在所述围压底座上，用于与外部渗流系统连通的渗流管道；用于连通所述渗流流入管道和所述渗流上压头流出孔道的连接管。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的一体式岩石三轴加载系统，其特征在于，还包括：设置在所述油缸上端盖上方的测距支架，所述位移传感器通过所述测距支架设置在所述油缸上端盖上方；其中，所述位移传感器的探针垂直延伸入所述加载活塞杆上端的侧位孔中。

9.根据权利要求8所述的一体式岩石三轴加载系统，其特征在于，所述油缸筒体可拆卸设置在所述围压缸筒体上，所述围压缸筒体和所述油缸筒体直径相同。

10.一种岩石三轴试验系统，其特征在于，包括：权利要求1至9中任一项所述的一体式岩石三轴加载系统；

用于提拉所述一体式岩石三轴加载系统的提升机构；

用于为所述提升机构和所述一体式岩石三轴加载系统提供液压动力的液压泵站；

用于控制所述提升机构、所述一体式岩石三轴加载系统、液压泵站的电控与测控系统。

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