CN213813206U

CN213813206U - 一种动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置

Info

Publication number: CN213813206U
Application number: CN202022487330.1U
Authority: CN
Inventors: 胡斌; 崔凯; 盛建龙; 黄诗冰; 叶祖洋; 张光权; 李京; 马利遥; 崔阿能; 王杰; 魏二剑; 丁静
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Science and Technology WHUST
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2030-11-02

Abstract

一种动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置，属于岩土试验设备领域。现有的动荷载作用下三轴流变试验装置对岩石试样施加的均为瞬间荷载，模拟的炸药爆炸产生的瞬间荷载，无法模拟炸药爆炸后产生的冲击波对岩石造成的影响，本实用新型技术方案为由电动机输出动力，曲柄将电动机的旋转运动转换为往复直线运动，动能推动缸体内活塞A将机械能转换为液压能，转换的液压能推动活塞B，与活塞B表面传力杆连接的加载板持续对岩石试样施加动荷载；本实用新型提供的动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置可以给岩石试样施加持续动荷载，模拟工况中爆炸产生的冲击波对岩石的影响。

Description

一种动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置

技术领域

本实用新型具体涉及一种动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测装置，属于岩土试验设备领域。

背景技术

岩石的多场耦合问题是目前岩石力学一个重要的研究课题，具有非常重要的工程背景和意义。在我国中南、西南地区如云南、四川、贵州、广西等省大范围存在二叠系石灰岩地层，该地层拥有丰富的优质石灰石矿产资源，是我国大量基础设施建设的重要建材来源。二叠系石灰岩地层分布区域是我国降雨频发地段，在石灰石矿露天开采过程中，微差爆破会产生动荷载，并在爆破后对岩石产生持续的冲击波扰动影响，在爆破后带来的冲击波、冻融循环和降雨渗透共同作用下，该区域经常发生滑坡和崩塌等地质灾害。确定岩石长期稳定性是从机理上解决滑坡和崩塌等灾害的重要前提。

在三轴流变试验过程中施加持续动荷载可以很好地模拟岩样在实际工况下受到炸药爆炸后的冲击波影响，目前的试验设备以两种方式对岩石试样施加荷载，一种是冲击油缸输出动力，通过活塞和冲击杆对岩石试样施加冲击荷载，另一种是伺服电机产生动力，利用砝码的散落对岩石试样施加撞击荷载，两种荷载施加方式都是对岩石试样施加瞬间荷载，模拟的是现实工况中炸药爆炸对岩石产生的瞬间荷载，而无法模拟炸药爆炸后产生的冲击波对岩石造成的影响。并且这两种荷载施加方式在试验过程中都会使试验设备无规则的振动，不仅使整个设备容易损坏，而且会对检测数据造成影响；同时目前的试验设备采用水作为渗透介质，在低温试验条件下水会结冰从而难以满足试验条件，达不到试验目的。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的问题，提供了一种动荷载作用下多场耦合流变试验装置；本实用新型提供的装置可以对岩石试样施加持续轴向动荷载，并且对装置损害小、数据检测精准，渗流单元也比常规装置稳定。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：至少包括试样室和给试样室内施加围压的液体围压单元、调节试样室内温度的温度变化单元和给试样室内施加渗压的气体渗流单元，在试样室上部连接有动荷载加载机构，动荷载加载机构至少包括缸体，固定于缸体内的活塞A上表面的活塞杆与连接在电动机上的曲柄连接，缸体内活塞B上表面、活塞A下表面和缸体侧壁构成储液压力仓，储液压力仓侧部设有供油管，供油管上安装有液压阀，供油管连通储液压力仓和用于供油的油缸A，固定于活塞B下表面的传力杆与位于试样室顶部的加载板连接，加载板与试样室顶部接触。

对上述技术方案进一步的改进为：所述缸体由缸体A和缸体B两部分组成，活塞A位于缸体A内，活塞B位于缸体B内，缸体A下部和缸体B上部通过液压软管连通。

上述方案中的液体围压单元包括用于供油的油缸B、连接试样室与油缸B的油管和设于油管上的液压阀门。

上述方案中温度变化单元包括温度循环箱A、温度循环箱B、位于试样室顶部、底部的铝盘A、铝盘B和连接温度循环箱与铝盘的温度循环液软管，温度循环箱至少包括仓体、加热棒和冷凝管，铝盘上设有进液口和出液口，两根温度循环液软管分别连通铝盘A的进液口、出液口与温度循环箱A，两根温度循环液软管分别连通铝盘B的进液口、出液口与温度循环箱B。

上述方案中的渗流单元为气体渗流单元，气体渗流单元包括气缸A、气缸B、连通试样室顶部和气缸A的通气管A、连通试样室底部和气缸B的通气管B和设于通气管A、通气管B上的气压阀门。

由上述技术方案可知，本实用新型是在现有的三轴流变装置基础上增加了荷载加载机构并作出了部分改进，本实用新型提供的技术方案具有如下有益效果：

(1)缸体内的活塞A和活塞B受到的动力不同，活塞A受到的动力是电动机转换而来的机械能，活塞B受到的动能为液压能，持续推动活塞B，使活塞B下部的加载板持续给岩石试样施加动荷载，很好的模拟炸药爆炸后产生的冲击波对岩石的影响。

(2)缸体由缸体A和缸体B两部分组成，由液压软管连通，在试验时可灵活摆放两个缸体的位置，可以满足多种试验场地，易于维修保养。

(3)从试样室顶部和底部连通的通气管向试样室里输入气体，以气体作为渗透介质可以克服现有三轴流变装置中以水作为渗透介质在低温条件下结冰而达不到试验目的的问题。

(4)缸体内的两次动力转换使高频的动力输出更加柔和、易于精准控制，对仪器本身的损害也较小。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图中：1、岩石试样；2、缸体A；3、缸体B；11、温度循环箱A；12、温度循环液软管A；13、铝盘A；21、气压阀门A；22、气缸A；23、气压阀门B；24、气缸B；31、液压阀；32、油缸B；41、电动机；42、活塞杆；43、活塞A；44、储液压力仓；45、液压阀门；46、油缸A；47、液压软管；48、活塞B；49、传力杆；410、加载板；411、刚性压头。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1提供的动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置为在现有三轴流变试验装置的基础上增加了荷载加载机构，三轴流变试验装置主要由试样室、给试样室内施加围压的液体围压单元、调节试样室内温度的温度变化单元、给试样室内施加渗压的气体渗流单元等部件构成，能实现三轴流变试验时的各种控制和数据采集，动荷载加载机构安装于试样室上部，动荷载加载机构至少包括缸体A2，固定于缸体A2内的活塞A43上表面的活塞杆42与连接在电动机41上的曲柄连接，曲柄将电动机41的旋转运动转换为往复直线运动，带动活塞杆42做往复直线运动，缸体内活塞B48上表面、活塞A43下表面和缸体A2侧壁构成储液压力仓44，储液压力仓44侧部设有供油管，供油管上安装有液压阀45，液压阀45控制储液压力仓44内的液压油进出，供油管连通储液压力仓44和用于供油的油缸A46，固定于活塞B48下表面的传力杆49与位于试样室顶部的加载板410连接，加载板410与试样室顶部接触。

液体围压单元包括用于供油的油缸B32、连接试样室与油缸B32的油管和设于油管上的液压阀门31，液压阀门31控制试样室内液压油的进出来控制试样室内围压值大小。

温度变化单元包括温度循环箱A11、温度循环箱B、位于试样室顶部、底部的铝盘A13、铝盘B和连接温度循环箱与铝盘的温度循环液软管12，温度循环箱11至少包括仓体、加热棒和冷凝管，铝盘13上设有进液口和出液口，两根温度循环液软管12分别连通铝盘A的进液口、出液口与温度循环箱A，两根温度循环液软管分别连通铝盘B的进液口、出液口与温度循环箱B；温度循环箱A13内由加热棒、冷凝管恒温后的温度循环液，通过连接铝盘进液口与温度循环箱A的温度循环液软管12，从铝盘A13的进液口流入，由连接铝盘A13出液口与温度循环箱A11的温度循环液软管12流回温度循环箱A13，通过铝盘来扩散吸收热量控制试样内温度。

所述渗流单元为气体渗流单元，包括气缸A22、气缸B24、连通试样室顶部和气缸A22的通气管A、设于通气管A上的气压阀门A21、连通试样室底部和气缸B24的通气管B和设于通气管B上的气压阀门B23；打开气压阀门A21、气压阀门B24，气缸A22、气缸B24以相同恒定速率向试样室中施加渗压，排除里面多余气体后关闭气压阀门B24，气缸A22继续以恒定速率向试样室顶部施加渗压至试验所需值，打开气压阀门B24，以恒定速率向试样室底部施加恒定渗压施加至试验所需值，保持顶部底部气压恒定并且顶部气压大于底部气压产生恒定渗压差，此渗压差即为本实施例渗压差值。

实施例2提供的动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置中缸体A2也可以由缸体A2和缸体B3两部分组成，活塞A43位于缸体A2内，活塞B48位于缸体B3内，缸体A2下部和缸体B3上部通过液压软管47连通，装置采用这种方式设置时，液压软管47也为储液压力仓44的一部分，即缸体A2内活塞A43下表面和缸体A2侧壁、液压软管47、缸体B3内活塞B48上表面和缸体B3侧部构成储液压力仓，当缸体A2和缸体B3竖直分布时，储液压力仓呈“工”字形，当缸体A2和缸体B3呈不规则分布时，储液压力仓44为不规则形状，采用这种结构时，缸体A2可以位于试样室的一侧，使整个流变试验测试装置的安装、分布更加简便灵活，能适用于多种试验场地，并且方便保养维修。此外其他部分结构与实施例1相同，在此不做赘述。

Claims

1.一种动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置，至少包括试样室和给试样室内施加围压的液体围压单元、调节试样室内温度的温度变化单元和给试样室内施加渗压的气体渗流单元，其特征在于：在试样室上部连接有动荷载加载机构，动荷载加载机构至少包括缸体，固定于缸体内的活塞A上表面的活塞杆与连接在电动机上的曲柄连接，缸体内活塞B上表面、活塞A下表面和缸体侧壁构成储液压力仓，储液压力仓侧部设有供油管，供油管上安装有液压阀，供油管连通储液压力仓和用于供油的油缸A，固定于活塞B下表面的传力杆与位于试样室顶部的加载板连接，加载板与试样室顶部接触。

2.根据权利要求1所述的动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置，其特征在于：所述缸体由缸体A和缸体B两部分组成，活塞A位于缸体A内，活塞B位于缸体B内，缸体A下部和缸体B上部通过液压软管连通。

3.根据权利要求1所述的动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置，其特征在于：所述液体围压单元包括用于供油的油缸B、连接试样室与油缸B的油管和设于油管上的液压阀门。

4.根据权利要求1所述的动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置，其特征在于：所述温度变化单元包括温度循环箱A、温度循环箱B、位于试样室顶部、底部的铝盘A、铝盘B和连接温度循环箱与铝盘的温度循环液软管，温度循环箱至少包括仓体、加热棒和冷凝管，铝盘上设有进液口和出液口，两根温度循环液软管分别连通铝盘A的进液口、出液口与温度循环箱A，两根温度循环液软管分别连通铝盘B的进液口、出液口与温度循环箱B。

5.根据权利要求1所述的动荷载作用下岩石多场耦合流变试验测试装置，其特征在于：所述渗流单元为气体渗流单元，包括气缸A、气缸B、连通试样室顶部和气缸A的通气管A、连通试样室底部和气缸B的通气管B和设于通气管A、通气管B上的气压阀门。