專利名稱：一種巖體三軸實(shí)驗(yàn)剛性加載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種巖體高溫三軸實(shí)驗(yàn)的軸壓側(cè)壓剛性加載機(jī)構(gòu)，尤其適用于進(jìn)行不同軸壓、側(cè)壓組合條件下的高溫三軸的實(shí)驗(yàn)，屬于礦業(yè)工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自從十八世紀(jì)初材料試驗(yàn)機(jī)問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)了二百多年的發(fā)展和提高，試驗(yàn)機(jī)愈趨完善和精確。但是，在材料試驗(yàn)機(jī)中都是傳統(tǒng)地把力作為自變量，用恒定加載率進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)。這種試驗(yàn)技術(shù)對(duì)于材質(zhì)比較均勻、各向同性的連續(xù)的理想弾性材料(如金屬材料和木材)來(lái)講，在一般情況下尚能滿足工程設(shè)計(jì)的需要。但是，由于巖石(煤或其它脆性材料)是非均質(zhì)、各向異性的非連續(xù)介質(zhì)，是ー種多孔隙、多節(jié)理、多弱面的脆性材料，其性質(zhì)與前者截然不同，若仍利用普通材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，即以恒定的加載速率對(duì)巖石類試樣加載達(dá)到其強(qiáng)度極限值(亦稱峰值)吋，試驗(yàn)產(chǎn)生脆裂破壞，試驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中貯存的彈性變形能量急劇而猛烈地釋放使巖樣在峰值處失控而立即崩潰，假若使用應(yīng)カー應(yīng)變曲線來(lái)描繪試樣破壞過(guò)程的話，則該曲線只能描繪到峰值以前的一段曲線(即前半程應(yīng)カー應(yīng)變曲線)，而峰值后的曲線(即后半程應(yīng)カー應(yīng)變曲線)便會(huì)突然消失，顯然不符合工程實(shí)際。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因在于普通試驗(yàn)機(jī)的剛度小于巖石類材料的剛度，使得巖石實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不能真實(shí)地反映巖石的力學(xué)性態(tài)(包括治石的強(qiáng)度特征、變形特征和破壞過(guò)程)。而大剛度的試驗(yàn)機(jī)順利地描繪出了巖石的全程應(yīng)カー應(yīng)變曲線，對(duì)于巖體工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有重要意義。之后，大剛度試驗(yàn)機(jī)(即剛性試驗(yàn)機(jī))作為巖石類材料實(shí)驗(yàn)的新手段，成為巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的新發(fā)展。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多巖石力學(xué)學(xué)者做了大量的研究工作，研制了若干種不同原理、不同結(jié)構(gòu)的剛性試驗(yàn)機(jī)，如圍壓三軸試驗(yàn)機(jī)、真三軸試驗(yàn)機(jī)(儀)、高溫高壓三軸試驗(yàn)機(jī)、大型真三軸試驗(yàn)機(jī)等，井隨之進(jìn)行了大量相關(guān)試驗(yàn)的研究，掲示了巖石、巖體的許多鮮為人知的特性，大大推動(dòng)了巖石力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，成為對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有重要影響的新興學(xué)科。隨著人類對(duì)深部資源能源開發(fā)工程的迅速發(fā)展，諸如煤炭地下氣化、高溫巖體地?zé)衢_發(fā)、深部油氣開采、廢料處置等與溫度有關(guān)的工程問(wèn)題越來(lái)越多，迫切需要了解深部巖體的特性，這些問(wèn)題的解決離不開實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，離不開試驗(yàn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展。而國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的高溫高壓試驗(yàn)機(jī)，盡管能實(shí)現(xiàn)在高溫度和高壓カ下的實(shí)驗(yàn)，但試樣尺寸(の20mmX 40 mm)非常小，且功能単一，僅可以進(jìn)行變形特性和弾性波等地球物理方面的研究，較難提供與人類工程活動(dòng)相關(guān)的巖體性態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可完成大試樣試驗(yàn)的巖體高溫三軸實(shí)驗(yàn)軸壓側(cè)壓剛性加載設(shè)備。技術(shù)方案本實(shí)用新型的巖體三軸實(shí)驗(yàn)剛性加載裝置，主要由主機(jī)框架和壓頭構(gòu)成，所述的主機(jī)框架包括主機(jī)底座、設(shè)在主機(jī)底座中部的軸壓缸，主機(jī)底座的四個(gè)角上分別、設(shè)有通過(guò)鎖緊螺母固定連接的立柱，軸壓缸的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)側(cè)壓缸，兩個(gè)側(cè)壓缸上設(shè)有套在立柱上的下托滑塊，兩個(gè)側(cè)壓缸外側(cè)的主機(jī)底座上分別設(shè)有液壓支柱，液壓支柱上設(shè)有套裝在立柱上的上托滑塊，立柱上設(shè)有上梁；所述的壓頭包括軸壓壓頭和套在軸壓壓頭上的側(cè)壓壓頭，軸壓壓頭設(shè)在軸壓缸上，側(cè)壓壓頭固定在下托滑塊上。所述的軸壓壓頭外徑為下大上小的變徑結(jié)構(gòu)；所述的側(cè)壓壓頭的內(nèi)徑為下大上小的變徑結(jié)構(gòu)；所述的上梁、主機(jī)底座、上托滑塊均由Q-235-A鋼板焊接而成。有益效果本實(shí)用新型的軸壓與側(cè)壓可通過(guò)伺服控制各自獨(dú)立進(jìn)行加載，側(cè)壓采用固體傳壓方式,可為大尺寸試樣(0200 mmX400 mm)的高溫三軸實(shí)驗(yàn)提供不同組合的軸壓和側(cè)壓，更好的提供與人類工程活動(dòng)相關(guān)的巖體性態(tài)，可應(yīng)用于探索深部采礦、煤炭地下 直接液化與氣化、地?zé)衢_采、煤層氣開采、深部油氣開采、廢料處置、礦山安全、建筑安全等極為廣泛的工程領(lǐng)域的深刻科學(xué)規(guī)律與自然現(xiàn)象，可為能源與資源開發(fā)提供原創(chuàng)性的思路與研究方向。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性強(qiáng)、可完成大試樣的試驗(yàn)。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖I的A-A剖視圖。圖中1_上梁，2-立柱，3-側(cè)壓壓頭，4-軸壓壓頭，5-高溫三軸壓カ室，6-鎖緊螺母，7-側(cè)壓缸，8-液壓支柱，9-上托滑塊，10-下托滑塊，11-軸壓缸，12-圍壓套，13-葉臘石粉，14-鹽，15-下軸壓頭，16-上軸壓頭，17-試樣，18-壓カ室蓋板，19-主機(jī)蓋板，20-主機(jī)底座。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)ー步的說(shuō)明如圖I所示，本實(shí)用新型的巖體三軸實(shí)驗(yàn)剛性加載裝置，主要由主機(jī)框架和壓頭構(gòu)成，配與壓系統(tǒng)及控制臺(tái)協(xié)同作業(yè)。所述的主機(jī)框架采用三梁四柱立式結(jié)構(gòu)，呈矩形式樣，它由上梁I、主機(jī)底座20、軸壓缸11、側(cè)壓缸7、液壓支柱8、立柱2、鎖緊螺母6、上托滑塊
9、下托滑塊10組成。軸壓缸11、側(cè)壓缸7均為柱塞式油缸，缸體為ZG270-500，柱塞為45#鍛鋼，柱塞表面淬火處理。柱塞端面裝有ー塊4Cr5MoSiVl合金鋼板，增壓桿均采用H13合金鋼材料，留有排水孔，表面淬火處理。其中，立柱2上端與上梁I固定連接，軸壓缸11設(shè)在主機(jī)底座20的中部，主機(jī)底座20的四個(gè)角上分別設(shè)有通過(guò)鎖緊螺母6固定連接的立柱2，軸壓缸11的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)側(cè)壓缸7，側(cè)壓缸7通過(guò)螺母固定在立柱2中部，兩個(gè)側(cè)壓缸7上設(shè)有套在立柱2上的下托滑塊10，兩個(gè)側(cè)壓缸7外側(cè)的主機(jī)底座20上分別設(shè)有液壓支柱8，液壓支柱8上設(shè)有套裝在立柱2上的上托滑塊9，上托滑塊9、下托滑塊10以立柱2為導(dǎo)向，在液壓支架8、側(cè)壓缸7驅(qū)動(dòng)下可做上下運(yùn)動(dòng)；立柱2上設(shè)置上梁I。所述的壓頭包括軸壓壓頭4和套在軸壓壓頭4上的側(cè)壓壓頭3，軸壓壓頭4固定于軸壓缸11上，側(cè)壓壓頭3固定于下托滑塊10上表面，軸壓壓頭4和側(cè)壓壓頭3全部采用變徑結(jié)構(gòu)，軸壓壓頭4外徑為下大上小的變徑結(jié)構(gòu)，側(cè)壓壓頭3的內(nèi)徑為下大上小的變徑結(jié)構(gòu)；所述的上梁I、主機(jī)底座20、上托滑塊10均由Q-235-A鋼板焊接而成，焊后均做退火處理。軸壓壓頭4采用直徑為195 mm的壓頭，側(cè)壓壓頭3采用內(nèi)徑為200 mm，外徑為300 mm的環(huán)形壓頭，高溫三軸壓力室5之外，采用較大直徑的壓頭逐漸過(guò)渡，加載機(jī)構(gòu)整體剛度不小于9X K^N/m。工作過(guò)程首先給該加載機(jī)構(gòu)供電，之后啟動(dòng)液壓支柱8使上托滑塊9上升，當(dāng)高溫三軸壓カ室5上端面壓カ室蓋板18與主機(jī)蓋板19盡量接觸大致沒(méi)有縫隙后，停止上升9上托滑塊。然后啟動(dòng)軸壓缸11和側(cè)壓缸7，交替上升軸壓缸11和側(cè)壓缸7加載，須保證讓軸壓先接觸到15下軸壓頭。通過(guò)控制軸壓缸使軸壓壓頭上升施壓于上軸壓頭16，軸壓通過(guò)上軸壓頭16作用于試樣17，實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣軸壓加載；控制側(cè)壓缸7使下托滑塊上升，側(cè)壓壓頭3隨下托滑塊一起上升施壓于圍壓套12，側(cè)壓再依次作用于葉臘石粉13、鹽14、試樣17， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣17的側(cè)壓加載。
權(quán)利要求1.ー種巖體三軸實(shí)驗(yàn)剛性加載裝置，其特征在于它主要由主機(jī)框架和壓頭構(gòu)成，所述的主機(jī)框架包括主機(jī)底座(20)、設(shè)在主機(jī)底座(20)中部的軸壓缸(11)，主機(jī)底座(20)的四個(gè)角上分別設(shè)有通過(guò)鎖緊螺母(6)固定連接的立柱(2)，軸壓缸(11)的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)側(cè)壓缸(7)，兩個(gè)側(cè)壓缸(7)上設(shè)有套在立柱(2)上的下托滑塊(10)，兩個(gè)側(cè)壓缸(7)外側(cè)的主機(jī)底座(20 )上分別設(shè)有液壓支柱(8 )，液壓支柱(8 )上設(shè)有套裝在立柱(2 )上的上托滑塊(9)，立柱(2)上設(shè)有上梁(I);所述的壓頭包括軸壓壓頭(4)和套在軸壓壓頭(4)上的側(cè)壓壓頭(3)，軸壓壓頭(4)設(shè)在軸壓缸(11)上，側(cè)壓壓頭(3)固定在下托滑塊(10)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巖體三軸實(shí)驗(yàn)剛性加載裝置，其特征在于所述的軸壓壓頭(4)外徑為下大上小的變徑結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巖體三軸實(shí)驗(yàn)剛性加載裝置，其特征在于所述的側(cè)壓壓頭(3)的內(nèi)徑為下大上小的變徑結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的巖體三軸實(shí)驗(yàn)剛性加載裝置，其特征在于所述的上梁(I)、主機(jī)底座(20)、上托滑塊(10)均由Q-235-A鋼板焊接而成。
專利摘要一種巖體三軸實(shí)驗(yàn)剛性加載裝置，主要由主機(jī)框架和壓頭構(gòu)成，主機(jī)框架包括主機(jī)底座、軸壓缸，主機(jī)底座上設(shè)有立柱，軸壓缸的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)側(cè)壓缸，兩個(gè)側(cè)壓缸上設(shè)有套在立柱上的下托滑塊，兩個(gè)側(cè)壓缸外側(cè)的主機(jī)底座上分別設(shè)有液壓支柱，液壓支柱上設(shè)有套裝在立柱上的上托滑塊，立柱上設(shè)有上梁；壓頭包括軸壓壓頭和套在軸壓壓頭上的側(cè)壓壓頭，軸壓壓頭設(shè)在軸壓缸上，側(cè)壓壓頭固定在下托滑塊上?？赏ㄟ^(guò)伺服控制對(duì)三軸實(shí)驗(yàn)試樣施加軸壓和側(cè)壓。主機(jī)框架由下往上移動(dòng)對(duì)試樣加壓，側(cè)壓采用固體傳壓方式，軸壓和側(cè)壓各自獨(dú)立加載，軸壓和側(cè)壓壓頭均采用變徑結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可完成較大試樣的試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N3/02GK202420960SQ201120548420
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者萬(wàn)志軍, 周長(zhǎng)冰, 國(guó)峰, 張?jiān)? 賀中海, 趙陽(yáng)升 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)