一種變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，包括第一加載框架、第二加載框架，第一加載框架包括用于Z向加載的上端面、與上端面位置相對(duì)的用于放置試件的下端面、用于X向加載的右端面、與右端面位置相對(duì)的左端面、用于Y方向加載的后端面；上端面、右端面和/或左端面、后端面上均固定有用于對(duì)試件進(jìn)行加載的加載裝置；后端面相對(duì)位置的第一加載框架前端面外側(cè)的第一加載框架上設(shè)有安裝條；第二加載框架上開(kāi)設(shè)有與安裝條形狀大小匹配的滑槽；前端面外側(cè)的第一加載框架一側(cè)固定有用于推動(dòng)第二加載框架沿所述安裝條滑動(dòng)的推拉機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有真三軸試驗(yàn)機(jī)在試樣尺寸上的局限性。
【專利說(shuō)明】一種變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及試驗(yàn)裝置領(lǐng)域，特別是一種變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已有的真三軸試驗(yàn)機(jī)只能進(jìn)行小尺寸試驗(yàn)，試樣尺寸一般為IOOmm左右，另外一部分大尺寸真三軸試驗(yàn)機(jī)則只能進(jìn)行大尺寸模型試驗(yàn)，試樣尺寸一般為IOOOmm左右。若既需要進(jìn)行常規(guī)尺寸試驗(yàn)室試驗(yàn)，又需要進(jìn)行大尺寸模型試驗(yàn)，則需購(gòu)置兩套試驗(yàn)設(shè)備，在空間與經(jīng)費(fèi)上都構(gòu)成很大的浪費(fèi)。此外，目前已有的大尺寸模型試驗(yàn)機(jī)加載時(shí)，通常只是單面整個(gè)加壓板直接加載，不利于應(yīng)力的均勻分布，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)單個(gè)加載面上多種不同加載路徑的要求。
[0003]CN202599762公開(kāi)了一種真三軸大物模應(yīng)力加載裝置，在其加載機(jī)構(gòu)的八邊形支撐框架上設(shè)有九個(gè)千斤頂，不涉及到各個(gè)千斤頂?shù)某隽D(zhuǎn)換，不能進(jìn)行小尺寸試驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種既可進(jìn)行小尺寸試驗(yàn)，又可進(jìn)行大尺寸模型試驗(yàn)的變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有真三軸試驗(yàn)機(jī)在試樣尺寸上的局限性。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，包括第一加載框架、第二加載框架，所述第一加載框架包括用于Z向加載的上端面、與所述上端面位置相對(duì)的用于放置試件的下端面、用于X向加載的右端面、與所述右端面位置相對(duì)的左端面、用于Y方向加載的后端面；所述上端面、右端面和/或左端面、后端面上均固定有用于對(duì)所述試件進(jìn)行加載的加載裝置；所述后端面相對(duì)位置的第一加載框架前端面開(kāi)口 ；所述前端面外側(cè)的第一加載框架上設(shè)有安裝條；所述第二加載框架上開(kāi)設(shè)有與所述安裝條形狀大小匹配的滑槽；所述前端面外側(cè)第一加載框架一側(cè)固定有用于推動(dòng)所述第二加載框架沿所述安裝條滑動(dòng)的推拉機(jī)構(gòu)。
[0006]還包括用于將試件經(jīng)所述前端面開(kāi)口運(yùn)送到下端面的輸送機(jī)構(gòu)；所述輸送機(jī)構(gòu)包括兩根平行設(shè)置的導(dǎo)軌和設(shè)置在兩根導(dǎo)軌上且能在所述兩根導(dǎo)軌上滑動(dòng)的小車；所述兩根導(dǎo)軌的同一端下表面均固定有支撐桿，且所述支撐桿高度與所述第一加載框架下端面高度匹配。輸送機(jī)構(gòu)不但可以運(yùn)送試件，還可以運(yùn)送加載過(guò)程中所需要的別的物件，如墊片等。
[0007]所述下端面上固定有頂升油缸，所述小車放置試件的位置和遠(yuǎn)離所述支撐桿一側(cè)的部位開(kāi)設(shè)有與所述頂升油缸的活塞桿大小匹配的槽。當(dāng)試件被運(yùn)送到下端面時(shí)，頂升油缸的活塞桿將試件頂起，手動(dòng)拉動(dòng)小車，通過(guò)小車上的槽使小車方便地退出。
[0008]所述加載裝置包括軸動(dòng)器底座，所述軸動(dòng)器底座一側(cè)固定有軸動(dòng)器，所述軸動(dòng)器底座另一側(cè)固定有多個(gè)加載油缸，且所述多個(gè)加載油缸排布成油缸陣列，所述油缸陣列外周的每個(gè)加載油缸的活塞桿均與一個(gè)小壓盤固定連接，所述油缸陣列內(nèi)圈的所有加載油缸的活塞桿與同一塊大壓盤固定連接，且所述大壓盤與所述小壓盤接觸形成一塊對(duì)所述試件加載的加壓板；本實(shí)用新型中，所述加載油缸共九個(gè)，九個(gè)加載油缸排布成油缸陣列，所述油缸陣列外周的每個(gè)加載油缸的活塞桿各與一個(gè)小壓盤固定連接，所述油缸陣列內(nèi)圈的一個(gè)加載油缸的活塞桿與同一個(gè)大壓盤固定連接，且所述大壓盤與分布在所述大壓盤周圍的各個(gè)小壓盤接觸。在大尺寸模型試驗(yàn)中9個(gè)加載油缸均實(shí)施加載，在小尺寸真三軸加載時(shí)只用到中間主出力加載油缸(即油缸陣列內(nèi)圈的油缸)進(jìn)行加載。
[0009]對(duì)所述試件加載時(shí)，所述下端面上設(shè)置有直角鋼墊片；所述直角鋼墊片包括下底面和與所述下底面垂直連接的兩個(gè)側(cè)面，且兩個(gè)側(cè)面相互垂直連接。直角鋼墊片可以保證試件受力更加均勻。
[0010]所述滑槽底部寬于所述滑槽的開(kāi)口側(cè)，防止第二加載框架劃出安裝條。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型既可進(jìn)行小尺寸試驗(yàn)，又可進(jìn)行大尺寸模型試驗(yàn)，不僅能完成試驗(yàn)室小尺寸的真三軸力學(xué)試驗(yàn)，同時(shí)能用于測(cè)量大尺寸模型試樣在真三軸應(yīng)力狀態(tài)下的變形與破壞特性，解決了現(xiàn)有真三軸試驗(yàn)機(jī)在試樣尺寸上的局限性，且本實(shí)用新型的試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，加載均勻，節(jié)約了成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例加載系統(tǒng)立體圖(裝樣時(shí))；
[0013]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例加載系統(tǒng)立體圖(試驗(yàn)時(shí));
[0014]圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例加載系統(tǒng)俯視圖(裝樣時(shí))；
[0015]圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例加載系統(tǒng)俯視圖(試驗(yàn)時(shí))；
[0016]圖5為本實(shí)用新型一實(shí)施例加載系統(tǒng)主視圖(裝樣時(shí));
[0017]圖6為本實(shí)用新型一實(shí)施例加載系統(tǒng)主視圖(試驗(yàn)時(shí))；
[0018]圖7為本實(shí)用新型一實(shí)施例第一加載框架立體圖；
[0019]圖8為本實(shí)用新型一實(shí)施例第二加載框架立體圖；
[0020]圖9為本實(shí)用新型一實(shí)施例軸動(dòng)器及加壓板整體圖；
[0021]圖10為本實(shí)用新型一實(shí)施例軸動(dòng)器及加壓板縱向剖視圖；
[0022]圖11為本實(shí)用新型一實(shí)施例導(dǎo)軌與小車整體結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖12為本實(shí)用新型一實(shí)施例直角鋼墊片立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例包括第一加載框架1、第二加載框架2，所述第一加載框架I包括用于Z向加載的上端面、與所述上端面位置相對(duì)的用于放置試件8的下端面、用于X向加載的右端面、與所述右端面位置相對(duì)的左端面、用于Y方向加載的后端面；所述上端面、右端面和/或左端面、后端面上均固定有用于對(duì)所述試件8進(jìn)行加載的加載裝置；所述后端面相對(duì)位置的第一加載框架I前端面開(kāi)口 ；所述前端面外側(cè)(即遠(yuǎn)離試件8的一側(cè))的第一加載框架I上設(shè)有安裝條10 ;所述第二加載框架2上開(kāi)設(shè)有與所述安裝條10形狀大小匹配的滑槽15 ;所述前端面外側(cè)的第一加載框架I 一側(cè)固定有2個(gè)用于推動(dòng)所述第二加載框架2沿所述安裝條10滑動(dòng)的推拉油缸4。
[0025]加載裝置包括軸動(dòng)器底座13，所述軸動(dòng)器底座13 —側(cè)固定有軸動(dòng)器固定座3 (通過(guò)軸動(dòng)器固定座3可以將加載裝置安裝在第一加載框架I上)，所述軸動(dòng)器底座13另一側(cè)固定有九個(gè)加載油缸11，且九個(gè)加載油缸11排布成油缸陣列，所述油缸陣列外周的每個(gè)加載油缸的活塞桿各與一個(gè)小壓盤12固定連接，所述油缸陣列內(nèi)圈的一個(gè)加載油缸11的活塞桿與同一個(gè)大壓盤17固定連接，且所述大壓盤17與分布在所述大壓盤17周圍的各個(gè)小壓盤12接觸。
[0026]本實(shí)用新型還包括用于將試件8經(jīng)所述前端面開(kāi)口運(yùn)送到下端面的輸送機(jī)構(gòu)；所述輸送機(jī)構(gòu)包括兩根平行設(shè)置的導(dǎo)軌5和設(shè)置在兩根導(dǎo)軌5上且能在所述兩根導(dǎo)軌5上滑動(dòng)的小車6 ;所述兩根導(dǎo)軌5的同一端下表面均固定有支撐桿16，且所述支撐桿16高度與所述第一加載框架I下端面高度匹配。
[0027]裝載試件時(shí)，將第二加載框架移到第一加載框架的一側(cè)，將導(dǎo)軌5 —端與第一加載框架固定，裝載完畢后，移開(kāi)導(dǎo)軌5與小車6，第二加載框架復(fù)位固定后提供Y方向加載的反力支撐。如圖9所示，加載裝置采用復(fù)合加載方式，每個(gè)加壓板由與9個(gè)加載油缸對(duì)應(yīng)的面積不等的9個(gè)壓盤組成，由此進(jìn)行加載，從而實(shí)現(xiàn)均勻加載，并減小軸動(dòng)器最大出力要求。在大尺寸模型試驗(yàn)中9個(gè)加載油缸均實(shí)施加載，在小尺寸真三軸加載時(shí)只用到中間主出力加載油缸進(jìn)行加載。
[0028]該系統(tǒng)共有X、Y、Z三個(gè)加載方向，六個(gè)加載平面，三個(gè)主動(dòng)加載面，三個(gè)被動(dòng)加載面。每個(gè)加載方向的其中一側(cè)是被動(dòng)加載面，另一側(cè)是由加載油缸、加壓板組成的主動(dòng)加載面。三個(gè)方向的加載系統(tǒng)各自獨(dú)立，互不干擾，并能按比例同步加載。加載系統(tǒng)軸向(Z方向)最大加載力1200噸，保證出力1000噸；側(cè)向(X\Y方向)最大加載力600噸，保證出力500噸。因試樣尺寸范圍較大，正方體試件的單邊長(zhǎng)度從IOOmm至1000mm，試驗(yàn)時(shí)受力面積根據(jù)試樣尺寸而不同。在進(jìn)行大尺寸物理模型試驗(yàn)時(shí)，為保證整個(gè)受力面上受力分布均勻，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，需要較大的加載面積；而另一方面從制造、加工的角度考慮，又應(yīng)盡量降低油缸與活塞的直徑，減輕設(shè)備重量，因此，在每一個(gè)加載面上設(shè)置了九個(gè)加載油缸(如圖9、圖10所示)，借助由相應(yīng)的9個(gè)面積不等的壓盤組成的加壓板在試件的一面施加壓力。設(shè)置中間加載油缸為主出力加載油缸，中間主出力加載油缸對(duì)應(yīng)的壓盤面積為A。，其它八個(gè)為輔助加載油缸對(duì)應(yīng)的壓盤面積為在進(jìn)行中小尺寸巖體真三軸試驗(yàn)時(shí)，試樣尺寸一般為300mm*300mm*300mm或150mm*150mm*150mm,加載時(shí)只用到中間主出力加載油缸；在物理大模型實(shí)驗(yàn)中九個(gè)加載油缸均實(shí)施加載，以保證有足夠的加載壓力。由于設(shè)備施加荷載較大，為了盡量減少因加載板的彎曲、變形而導(dǎo)致試樣表面應(yīng)力分布不均，選擇較大厚度的加載板，使荷載更加均勻地?cái)U(kuò)散于整個(gè)加載平面。
[0029]試驗(yàn)時(shí)，第一加載框架和第二加載框架作為受力框架承受全部工作載荷。本組合式受力框架設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，并能夠滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、剛度要求。
[0030]在本框架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，考慮到各個(gè)構(gòu)件的功用及制造工藝，以及試樣在設(shè)備中的裝卸問(wèn)題，本實(shí)用新型采用推拉油缸4控制第二加載框架移動(dòng)，借助導(dǎo)軌與小車解決數(shù)噸重的大模型試樣，不能進(jìn)行人工搬移就位的問(wèn)題。第一加載框架前端面的外側(cè)一端上下各有一個(gè)推拉油缸，保證對(duì)第二加載框架的均勻出力。該設(shè)備配置有導(dǎo)軌與小車。試樣測(cè)試前，借助滑動(dòng)燕尾結(jié)構(gòu)(安裝條10與滑槽15，滑槽15底部寬于所述滑槽15的開(kāi)口側(cè))用推拉油缸移走第二加載框架，之后安裝導(dǎo)軌與小車并固定于第一加載框架下端面上，并借助導(dǎo)軌與小車將試樣推入第一加載框架中(如圖1、3、5所示)。為使小車在試樣到位后能順利退出，在第一加載框架的下端面設(shè)置頂升油缸7，小車6放置試件8的位置和遠(yuǎn)離支撐桿16一側(cè)的部位開(kāi)設(shè)有與頂升油缸7的活塞桿大小匹配的槽18，借助頂升油缸7將試件頂升，SP可移除導(dǎo)軌與小車，最后將第二加載框架移回原位并固定，開(kāi)始試驗(yàn)(如圖2、4、6所示)。
[0031]為了軸動(dòng)器能夠?qū)υ嚰行倪M(jìn)行加載，防止偏心載荷作用，需通過(guò)制作精確的直角鋼墊片來(lái)調(diào)整試樣位置(如圖12所示)。通過(guò)不同尺寸的直角鋼墊片14，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同尺寸巖石類材料的真三軸試驗(yàn)。直角鋼墊片上面的滲流試驗(yàn)預(yù)留槽19 一是用于試件對(duì)中，一是用于為后續(xù)水力壓裂和滲流試驗(yàn)預(yù)留通道。
【權(quán)利要求】
1.一種變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括第一加載框架(I)、第二加載框架(2)，所述第一加載框架(I)包括用于Z向加載的上端面、與所述上端面位置相對(duì)的用于放置試件(8)的下端面、用于X向加載的右端面、與所述右端面位置相對(duì)的左端面、用于Y方向加載的后端面；所述上端面、右端面和/或左端面、后端面上均固定有用于對(duì)所述試件(8)進(jìn)行加載的加載裝置；所述后端面相對(duì)位置的第一加載框架(I)前端面開(kāi)口 ；所述前端面外側(cè)的第一加載框架(I)上設(shè)有安裝條(10);所述第二加載框架(2)上開(kāi)設(shè)有與所述安裝條(10)形狀大小匹配的滑槽(15);所述前端面外側(cè)第一加載框架(I) 一側(cè)固定有用于推動(dòng)所述第二加載框架(2)沿所述安裝條(10)滑動(dòng)的推拉機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于將試件(8)經(jīng)所述前端面開(kāi)口運(yùn)送到下端面的輸送機(jī)構(gòu)；所述輸送機(jī)構(gòu)包括兩根平行設(shè)置的導(dǎo)軌(5)和設(shè)置在兩根導(dǎo)軌(5)上且能在所述兩根導(dǎo)軌(5)上滑動(dòng)的小車(6);所述兩根導(dǎo)軌(5)的同一端下表面均固定有支撐桿(16)，且所述支撐桿(16)高度與所述第一加載框架(I)下端面高度匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述下端面上固定有頂升油缸(7)，所述小車(6)放置試件(8)的位置和遠(yuǎn)離所述支撐桿(16)—側(cè)的部位開(kāi)設(shè)有與所述頂升油缸(7)的活塞桿大小匹配的槽(18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3之一所述的變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述加載裝置包括軸動(dòng)器底座(13)，所述軸動(dòng)器底座(13) 一側(cè)固定有軸動(dòng)器固定座(3)，所述軸動(dòng)器底座(13)另一側(cè)固定有多個(gè)加載油缸(11)，且所述多個(gè)加載油缸(11)排布成油缸陣列，所述油缸陣列外周的每個(gè)加載油缸(11)的活塞桿均與一個(gè)小壓盤(12)固定連接，所述油缸陣列內(nèi)圈的所有加載油缸(11)的活塞桿與同一塊大壓盤(17)固定連接，且所述大壓盤(17)與所述小壓盤(12)接觸形成一塊對(duì)所述試件(8)加載的加壓板(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述加載油缸(11)共九個(gè)，九個(gè)加載油缸(11)排布成油缸陣列，所述油缸陣列外周的每個(gè)加載油缸的活塞桿各與一個(gè)小壓盤(12)固定連接，所述油缸陣列內(nèi)圈的一個(gè)加載油缸(11)的活塞桿與同一個(gè)大壓盤(17)固定連接，且所述大壓盤(17)與分布在所述大壓盤(17)周圍的各個(gè)小壓盤(12)接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)所述試件(8)加載時(shí)，所述下端面上設(shè)置有直角鋼墊片(14);所述直角鋼墊片(14)包括下底面和與所述下底面垂直連接的兩個(gè)側(cè)面，且兩個(gè)側(cè)面相互垂直連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變尺寸真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述滑槽(15)底部寬于所述滑槽(15)的開(kāi)口側(cè)。
【文檔編號(hào)】G01N3/12GK203732376SQ201420111117
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】趙海斌, 劉大安, 梅松華, 牛晶蕊, 陳建勝, 王洪建 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所