一種實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置，由電液伺服加卸荷系統(tǒng)和孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成；電液伺服加卸荷系統(tǒng)包括油箱、液壓泵站、電控調(diào)壓系統(tǒng)、三位四通電液換向閥、增壓系統(tǒng)、可調(diào)速卸壓系統(tǒng)、高壓管線和控制主機(jī)；孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)由液壓囊、內(nèi)外鎖緊、壓緊螺母、“L”型彎管、接頭、開(kāi)有“U”型槽的剛性壓板和支撐塊裝配而成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，可適用于巖石真三軸和常規(guī)三軸試驗(yàn)機(jī)，能對(duì)孔深為1倍到1.5倍液壓囊長(zhǎng)度的斷面呈圓形、橢圓形、方形、拱形等形狀的巖樣中心孔洞進(jìn)行加卸壓，可實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)多應(yīng)力路徑快速均勻卸荷和巖樣內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)力梯度快速同步重構(gòu)，并且能夠避免液壓油侵入巖樣影響其力學(xué)特性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種巖石試驗(yàn)裝置，具體是涉及一種實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置，適用于物理模擬深部高應(yīng)力硬巖開(kāi)挖卸荷的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源需求量的日益增加與淺部礦產(chǎn)資源的不斷耗盡，礦巖開(kāi)采與地下硐室開(kāi)挖逐漸轉(zhuǎn)向深部。由于深部高地應(yīng)力和強(qiáng)開(kāi)挖卸荷擾動(dòng)的存在，涉及深部開(kāi)挖工程圍巖的變形、破壞以及失穩(wěn)等開(kāi)挖響應(yīng)問(wèn)題，諸如巖爆、分區(qū)破裂、擠壓大變形、板裂等災(zāi)害越來(lái)越多。處于較低地應(yīng)力條件下的淺部巖體，其開(kāi)挖響應(yīng)主要取決于開(kāi)挖斷面形狀及尺寸和初始地應(yīng)力大小及構(gòu)成，受開(kāi)挖方法及開(kāi)挖過(guò)程的影響較小，故而其開(kāi)挖被認(rèn)為是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。然而處于高地應(yīng)力下的深部巖體，其開(kāi)挖卸荷響應(yīng)是一個(gè)動(dòng)力過(guò)程。在開(kāi)挖前深部巖體內(nèi)部?jī)?chǔ)存有大量的彈性應(yīng)變能，開(kāi)挖過(guò)程中彈性應(yīng)變能會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)釋放，并且其釋放過(guò)程受開(kāi)挖方法及開(kāi)挖過(guò)程影響較大。事實(shí)上，深部巖體的開(kāi)挖卸荷擾動(dòng)主要表現(xiàn)為:①在開(kāi)挖面附近出現(xiàn)應(yīng)力重分布過(guò)程和高應(yīng)力梯度，產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成開(kāi)挖損傷區(qū)；②由于高曲率卸荷應(yīng)力路徑的存在，在工作面激起一向巖體深部傳播的卸荷拉伸波，波陣面經(jīng)過(guò)處，徑向產(chǎn)生卸荷松弛，切向出現(xiàn)應(yīng)力集中。因此，高應(yīng)力梯度和高曲率卸荷應(yīng)力路徑是深部巖體開(kāi)挖卸荷響應(yīng)的內(nèi)在因素，其過(guò)程主要取決于初始地應(yīng)力大小及構(gòu)成、開(kāi)挖方法及開(kāi)挖過(guò)程。初始地應(yīng)力決定著深部巖體開(kāi)挖后圍巖中的應(yīng)力梯度分布。不同的開(kāi)挖方法及開(kāi)挖過(guò)程對(duì)應(yīng)不同的卸荷應(yīng)力路徑。鉆爆法和機(jī)械開(kāi)挖方法分別對(duì)應(yīng)不同的卸荷速率，鉆爆法可看作強(qiáng)卸荷瞬態(tài)開(kāi)挖，而機(jī)械開(kāi)挖卸荷速率較小，可看作準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。不同的開(kāi)挖過(guò)程則又對(duì)應(yīng)不同的卸荷應(yīng)力路徑，全斷面一次開(kāi)挖時(shí)圍巖應(yīng)力變化表現(xiàn)為線性卸荷路徑，而多次開(kāi)挖時(shí)圍巖應(yīng)力變化則表現(xiàn)為先慢后快或者先快后慢的非線性卸荷路徑。因而模擬深部高地應(yīng)力條件下巖體開(kāi)挖卸荷響應(yīng)過(guò)程，開(kāi)展含孔洞巖石在三軸外壓(包括軸壓和圍壓)和孔內(nèi)液壓耦合壓縮條件下的孔內(nèi)多樣應(yīng)力路徑卸荷試驗(yàn)，對(duì)理解深部巖體開(kāi)挖破壞機(jī)理，防治開(kāi)挖擾動(dòng)誘發(fā)的工程災(zāi)害，指導(dǎo)深部巖石工程的開(kāi)挖和支護(hù)，以及開(kāi)展深部堅(jiān)硬礦巖的誘導(dǎo)致裂非爆開(kāi)采具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
[0003]目前，可以實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)力路徑加卸荷的巖石室內(nèi)試驗(yàn)裝置主要是基于電液伺服系統(tǒng)的材料試驗(yàn)機(jī)，特別是巖石三軸試驗(yàn)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向的不同應(yīng)力路徑加卸荷，但不能在巖石內(nèi)形成可控的應(yīng)力梯度，且難以實(shí)現(xiàn)快速多應(yīng)力路徑卸荷。現(xiàn)有的巖石材料試驗(yàn)機(jī)可再現(xiàn)開(kāi)挖工程圍巖局部巖塊的力學(xué)過(guò)程，但難以模擬圍巖整體的應(yīng)力重分布過(guò)程，即難以同時(shí)再現(xiàn)巖樣在時(shí)間維度上的卸荷應(yīng)力路徑和空間維度上的應(yīng)力梯度。現(xiàn)有的巖石內(nèi)部液壓加載裝置將液壓油或者水等液壓介質(zhì)直接與巖石內(nèi)腔接觸，液壓介質(zhì)因高壓容易侵入巖石孔隙或者裂隙內(nèi)，從而弱化巖石力學(xué)特性，并且液壓介質(zhì)極易從巖石與外壓加載機(jī)構(gòu)的接觸面處漏出，難以密封。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、自動(dòng)化程度高、測(cè)量精確、能實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)多應(yīng)力路徑均勻強(qiáng)卸荷、具有應(yīng)力梯度重構(gòu)能力的實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置，包括孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電液伺服加卸荷系統(tǒng)；
[0006]所述的孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括:液壓囊、與所述的液壓囊連接的“L”型彎管、連接所述的“L”型彎管和所述的電液伺服加卸荷系統(tǒng)出口的接頭、開(kāi)有“U”型槽供所述的“L”型彎管通過(guò)的剛性壓板、以及填充所述的“L”型彎管與巖樣端面間空隙的支撐塊;所述的液壓囊置入中心含孔洞巖樣的孔洞內(nèi)，與孔壁緊密接觸，所述的液壓囊尾端用硬膠墊塊進(jìn)行襯墊；
[0007]所述的電液伺服加卸荷系統(tǒng)包括油箱、進(jìn)口與油箱連接的液壓栗站、與液壓栗站出口連通的電控調(diào)壓系統(tǒng)和三位四通電液換向閥、與三位四通電液換向閥相連的增壓系統(tǒng)和可調(diào)速卸壓系統(tǒng)、連接各部分的高壓管線以及控制主機(jī);所述的增壓系統(tǒng)和可調(diào)速卸壓系統(tǒng)與所述的接頭連接;所述的控制主機(jī)與電控調(diào)壓系統(tǒng)、三位四通電液換向閥、增壓系統(tǒng)和可調(diào)速卸壓系統(tǒng)的控制端通信相連。
[0008]所述中心含孔洞巖樣分別加工成方塊巖樣和圓柱形巖樣，并且剛性壓板分別為方形剛性壓板和圓形剛性壓板。
[0009]所述的“L”型彎管插入所述的液壓囊內(nèi)且所述的“L”型彎管的端部設(shè)有內(nèi)鎖緊、所述的“L”型彎管上設(shè)有壓在所述的液壓囊開(kāi)口外的外鎖緊、將內(nèi)外鎖緊和囊壁壓緊防止液壓油泄露的壓緊螺母。
[0010]所述的電控調(diào)壓系統(tǒng)通過(guò)先導(dǎo)型比例電磁控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn);所述的增壓系統(tǒng)包括增壓缸、二位四通電磁換向閥、調(diào)壓閥、無(wú)簧液控單向閥和單向閥；所述的可調(diào)速卸壓系統(tǒng)由二位二通電磁閥和調(diào)速閥連接組成;所述的液壓栗站的出口通過(guò)所述的高壓管線連接所述的先導(dǎo)型比例電磁控制閥的入口和所述的三位四通電液換向閥的一個(gè)入口，所述的先導(dǎo)型比例電磁控制閥的出口與所述的油箱連接，所述的三位四通電液換向閥的一個(gè)出口與調(diào)壓閥的入口和所述的無(wú)簧液控單向閥的入口連接，所述的調(diào)壓閥的出口與所述的二位四通電磁換向閥的一個(gè)入口連接，所述的二位四通電磁換向閥的一個(gè)出口與所述的增壓缸的一個(gè)驅(qū)動(dòng)油缸連接，所述的增壓缸的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)油缸與所述的二位四通電磁換向閥的另一個(gè)入口連接，所述的二位四通電磁換向閥的另一個(gè)出口與所述的油箱連接，所述的增壓缸的一個(gè)增壓油缸和驅(qū)動(dòng)油缸通過(guò)所述的單向閥與所述的液壓囊連接，所述的增壓缸的另一個(gè)增壓油缸和驅(qū)動(dòng)油缸通過(guò)所述的單向閥與所述的無(wú)簧液控單向閥的出口連接;所述的三位四通電液換向閥的另一個(gè)出口分別與所述的調(diào)速閥的出口和所述的無(wú)簧液控單向閥的控制端連接，所述的調(diào)速閥的入口與所述的二位二通電磁閥的一個(gè)接口連接，所述的二位二通電磁閥的另一個(gè)接口與所述的液壓囊連接。
[0011]采用上述技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置，液壓囊置入中心含孔洞巖樣的孔洞內(nèi)，與孔壁緊密接觸，液壓囊尾端用硬膠墊塊進(jìn)行襯墊;相應(yīng)于巖石真三軸試驗(yàn)機(jī)和常規(guī)三軸試驗(yàn)機(jī)，中心含孔洞巖樣分別加工成方塊巖樣和圓柱形巖樣，并且剛性壓板分別為方形剛性壓板和圓形剛性壓板;多樣加卸荷路徑為多條不同的縱軸表示液壓、橫軸表示時(shí)間的曲線，每條曲線由一段加載路徑和一段卸荷路徑連接而成，其中卸荷路徑根據(jù)試驗(yàn)需求分別為高速線性卸荷路徑、高速下凸非線性卸荷路徑、高速上凸非線性卸荷路徑、次高速線性卸荷路徑、次高速下凸非線性卸荷路徑和次高速上凸非線性卸荷路徑。
[0012]液壓囊可對(duì)孔深為I倍到1.5倍液壓囊長(zhǎng)度的斷面呈圓形、橢圓形、方形、拱形等形狀的巖樣中心孔洞進(jìn)行均勻加卸壓;并且液壓囊可避免液壓油與孔壁直接接觸而侵入巖樣影響其力學(xué)特性。
[0013]孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)與中心含孔洞巖樣配合好后一并放入巖石三軸試驗(yàn)機(jī)的加載腔內(nèi)，然后與所述電液伺服加卸荷系統(tǒng)相連通，進(jìn)行三軸外壓和孔內(nèi)液壓耦合壓縮條件下的孔內(nèi)多樣應(yīng)力路徑強(qiáng)卸荷試驗(yàn)，伴隨卸荷過(guò)程實(shí)現(xiàn)巖樣內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)力梯度的快速同步重構(gòu)。
[0014]控制主機(jī)與電控調(diào)壓系統(tǒng)、三位四通電液換向閥、增壓系統(tǒng)和可調(diào)速卸壓系統(tǒng)相連，用于監(jiān)測(cè)和控制各個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)預(yù)設(shè)的多樣加卸荷路徑將壓力傳遞給孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0015]巖樣中心孔洞貫通巖樣，孔洞中軸線與巖樣端面中軸線重合。
[0016]已置入液壓囊、與剛性壓板緊密接觸的中心含孔洞的所述巖樣，與孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝配好后放入巖石真三軸試驗(yàn)機(jī)或常規(guī)三軸試驗(yàn)機(jī)的加載腔內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。
[0017]相應(yīng)于巖石真三軸試驗(yàn)機(jī)和常規(guī)三軸試驗(yàn)機(jī)分別所需的方塊巖樣和圓柱形巖樣，所述剛性壓板分別為方形和圓形；
[0018]液壓囊尾端用硬膠墊塊進(jìn)行襯墊，防止液壓囊在高壓力條件下從巖樣與試驗(yàn)機(jī)加載腔間微小縫隙中擠出而破裂。
[0019]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]⑴、結(jié)構(gòu)緊湊
[0021]該裝置通過(guò)液壓囊將電液伺服加卸荷系統(tǒng)輸出的液壓均勻作用在孔壁上，供液壓油進(jìn)出的“L”型彎管以及內(nèi)外鎖緊、壓緊螺母等密封元件裝配好后一并放置在剛性壓板的“U”型槽內(nèi)，“U”型槽與巖樣間的空隙通過(guò)支撐塊填充保證剛性壓板能夠?qū)⑼鈮壕鶆虻貍鬟f到巖樣表面，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊。
[0022]⑵、適應(yīng)性強(qiáng)
[0023]該裝置只要將剛性壓板加工成方形或者圓形便可適用于巖石真三軸試驗(yàn)機(jī)或者常規(guī)三軸試驗(yàn)機(jī);液壓囊具有很好的彈性、柔性和延展性，可以對(duì)孔深為I倍到I.5倍液壓囊長(zhǎng)度的巖樣中心孔洞進(jìn)行加卸壓，并且只要調(diào)整外鎖緊的形狀便可使孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)適用于斷面呈圓形、橢圓形、方形、拱形等形狀的孔洞。
[0024]⑶、密封性好
[0025]該裝置通過(guò)液壓囊將液壓作用在孔壁上，液壓囊本身具有很好的氣密性，可避免液壓油與孔壁接觸而侵入巖樣影響其力學(xué)特性，同時(shí)液壓囊開(kāi)口處通過(guò)內(nèi)外鎖緊和壓緊螺母進(jìn)行密封，可避免液壓油泄露，整個(gè)裝置密封性好。
[0026]⑷、可實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)多應(yīng)力路徑快速均勻卸荷
[0027]該裝置通過(guò)電液伺服加卸荷系統(tǒng)對(duì)巖石孔壁進(jìn)行加卸荷，并配置有獨(dú)立的可動(dòng)態(tài)在線調(diào)速的卸壓系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)巖石孔內(nèi)線性和非線性多應(yīng)力路徑的加卸荷過(guò)程，特別是可以實(shí)現(xiàn)60MPa/s的快速卸荷；另外，該裝置通過(guò)柔性很好的液壓囊將液壓作用于巖石孔壁，孔壁各處所受到的壓力一致，可保證整個(gè)孔壁的均勻加卸荷。
[0028](5)、可實(shí)現(xiàn)巖樣內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)力梯度快速同步重構(gòu)
[0029]該裝置與中心含孔洞巖樣配合好后放入巖石三軸試驗(yàn)機(jī)的加載腔內(nèi)，進(jìn)行三軸外壓和孔內(nèi)液壓耦合壓縮條件下的孔內(nèi)多樣應(yīng)力路徑強(qiáng)卸荷試驗(yàn)，伴隨卸荷過(guò)程可實(shí)現(xiàn)巖樣內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)力梯度的快速同步重構(gòu)，從而物理模擬深部高地應(yīng)力條件下巖體開(kāi)挖卸荷響應(yīng)過(guò)程。
[0030]綜上所述，本發(fā)明是一種在保證裝置結(jié)構(gòu)緊湊、自動(dòng)化程度高、測(cè)量精確的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)多應(yīng)力路徑均勻強(qiáng)卸荷，同時(shí)具有應(yīng)力梯度快速同步重構(gòu)能力的實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置，以模擬深部開(kāi)挖工程圍巖整體的應(yīng)力重分布過(guò)程，即同時(shí)再現(xiàn)巖樣在時(shí)間維度上的卸荷應(yīng)力路徑和空間維度上的應(yīng)力梯度。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明的電液伺服加卸荷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2為本發(fā)明的孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)剖視圖。
[0033]圖3為本發(fā)明的孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)俯視圖。
[0034]圖4為本發(fā)明所能實(shí)現(xiàn)的多樣卸荷路徑示意圖。
[0035]圖中:I一油箱；2—液壓栗站;3—先導(dǎo)型比例電磁控制閥；4一電控調(diào)壓系統(tǒng)；5—高壓管線;6—三位四通電液換向閥；7—調(diào)壓閥；8—二位四通電磁換向閥；9一增壓系統(tǒng)；10—增壓缸;11一單向閥；12—無(wú)簧液控單向閥；13—調(diào)速閥；14一可調(diào)速卸壓系統(tǒng)；15—二位二通電磁閥；16—液壓囊；17—控制主機(jī)；18—加卸荷應(yīng)力路徑；19一中心含孔洞巖樣；20—內(nèi)鎖緊;21—外鎖緊;22—壓緊螺母;23— “L”型彎管；24—接頭；25— “U”型槽;26—?jiǎng)傂詨喊?27—支撐塊;28—硬膠墊塊;29—方形剛性壓板;30—圓形剛性壓板;31—加載路徑；32—高速線性卸荷路徑；33—高速下凸非線性卸荷路徑；34—高速上凸非線性卸荷路徑;35—次高速線性卸荷路徑;36—次高速下凸非線性卸荷路徑;37—次高速上凸非線性卸荷路徑。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0037]—種實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置，包括圖1所示的電液伺服加卸荷系統(tǒng)和圖2、圖3所示的孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0038]所述的孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括:液壓囊16、置入液壓囊16內(nèi)的內(nèi)鎖緊20、壓在液壓囊16開(kāi)口外的外鎖緊21、將內(nèi)外鎖緊和囊壁壓緊防止液壓油泄露的壓緊螺母22、“L”型彎管23、連接“L”型彎管23和電液伺服加卸荷系統(tǒng)出口的接頭24、開(kāi)有“U”型槽25供“L”型彎管23通過(guò)的剛性壓板26、以及填充“L”型彎管23與巖樣端面間空隙的支撐塊27; “L”型彎管23插入液壓囊16內(nèi)且“L”型彎管23的端部設(shè)有內(nèi)鎖緊20、“L”型彎管23上設(shè)有壓在液壓囊16開(kāi)口外的外鎖緊21、將內(nèi)外鎖緊和囊壁壓緊防止液壓油泄露的壓緊螺母22。所述液壓囊16置入中心含孔洞巖樣19的孔洞內(nèi)，與孔壁緊密接觸，液壓囊16尾端用硬膠墊塊28進(jìn)行襯墊。相應(yīng)于巖石真三軸試驗(yàn)機(jī)和常規(guī)三軸試驗(yàn)機(jī)，所述中心含孔洞巖樣19分別加工成方塊巖樣和圓柱形巖樣，并且剛性壓板分別為方形剛性壓板29和圓形剛性壓板30;
[0039]電液伺服加卸荷系統(tǒng)包括油箱1、進(jìn)口與油箱I連接的液壓栗站2、與液壓栗站2出口連通的電控調(diào)壓系統(tǒng)4和三位四通電液換向閥6、與三位四通電液換向閥6相連的增壓系統(tǒng)9和可調(diào)速卸壓系統(tǒng)14、連接各部分的高壓管線5以及控制主機(jī)17;所述的電控調(diào)壓系統(tǒng)4通過(guò)先導(dǎo)型比例電磁控制閥3來(lái)實(shí)現(xiàn);所述的增壓系統(tǒng)9包括增壓缸10、二位四通電磁換向閥8、調(diào)壓閥7、無(wú)簧液控單向閥12和單向閥11;所述的可調(diào)速卸壓系統(tǒng)14由二位二通電磁閥15和調(diào)速閥13連接組成;液壓栗站2的出口通過(guò)高壓管線5連接先導(dǎo)型比例電磁控制閥3的入口和三位四通電液換向閥6的一個(gè)入口，先導(dǎo)型比例電磁控制閥3的出口與油箱I連接，三位四通電液換向閥6的一個(gè)出口與調(diào)壓閥7的入口和無(wú)簧液控單向閥12的入口連接，調(diào)壓閥7的出口與二位四通電磁換向閥8的一個(gè)入口連接，二位四通電磁換向閥8的一個(gè)出口與增壓缸1的一個(gè)驅(qū)動(dòng)油缸連接，增壓缸1的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)油缸與二位四通電磁換向閥8的另一個(gè)入口連接，二位四通電磁換向閥8的另一個(gè)出口與油箱I連接，增壓缸1的一個(gè)增壓油缸和驅(qū)動(dòng)油缸通過(guò)單向閥11與液壓囊16連接，增壓缸10的另一個(gè)增壓油缸和驅(qū)動(dòng)油缸通過(guò)單向閥11與無(wú)簧液控單向閥12的出口連接;三位四通電液換向閥6的另一個(gè)出口分別與調(diào)速閥13的出口和無(wú)簧液控單向閥12的控制端連接，調(diào)速閥13的入口與二位二通電磁閥15—個(gè)接口連接，二位二通電磁閥15的另一個(gè)接口與液壓囊16連接。
[0040]控制主機(jī)17與電控調(diào)壓系統(tǒng)4、三位四通電液換向閥6、增壓系統(tǒng)9和可調(diào)速卸壓系統(tǒng)14的控制端通信相連，監(jiān)控整個(gè)電液伺服加卸荷系統(tǒng)，通過(guò)預(yù)設(shè)的多樣加卸荷路徑18將壓力傳遞給孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0041]多樣加卸荷路徑18是多條不同的縱軸表示液壓P、橫軸表示時(shí)間t的曲線;所述的每條曲線由一段加載路徑31和一段卸荷路徑連接而成;所述卸荷路徑根據(jù)試驗(yàn)需求分別為高速線性卸荷路徑32、高速下凸非線性卸荷路徑33、高速上凸非線性卸荷路徑34、次高速線性卸荷路徑35、次高速下凸非線性卸荷路徑36和次高速上凸非線性卸荷路徑37。
[0042]本發(fā)明的工作過(guò)程:
[0043]⑴、加工中心含孔洞巖樣19，對(duì)應(yīng)于巖石真三軸試驗(yàn)機(jī)和常規(guī)三軸試驗(yàn)機(jī)巖樣分別需要加工成方塊巖樣和圓柱形巖樣，巖樣尺寸根據(jù)試驗(yàn)機(jī)的加載腔尺寸確定，巖樣中心孔洞可以加工成斷面呈圓形、橢圓形、方形、拱形等形狀的柱型孔洞；
[0044]⑵、裝配孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將內(nèi)鎖緊20通過(guò)液壓囊16前端圓形開(kāi)口放入液壓囊16內(nèi)，將壓緊螺母22旋至“L”型彎管23的短臂端螺紋上，繼而將外鎖緊21套至“L”型彎管23的短臂端置于壓緊螺母22下面，然后將“L”型彎管23的短臂端旋至液壓囊16內(nèi)的內(nèi)鎖緊20，通過(guò)旋緊壓緊螺母22將內(nèi)外鎖緊與囊壁固定緊并保證良好的密封性和耐高壓性，然后將連接好的“L”型彎管23放入剛性壓板26的“U”型槽25內(nèi)，然后用支撐塊27將槽內(nèi)空隙充填，最后將接頭24旋至“L”型彎管23的長(zhǎng)臂端螺紋上，至此孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝配工作完成;
[0045]⑶、擠壓液壓囊16排出內(nèi)部空氣，然后將孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的接頭24放入液壓油中，反復(fù)擠壓液壓囊16使其內(nèi)部充滿(mǎn)液壓油；
[0046]⑷、將裝配好的孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓囊16、內(nèi)鎖緊20和外鎖緊21—并放置到巖樣19的中心孔洞內(nèi)，放至外鎖緊21端面與巖樣端面平齊后停止，在液壓囊16尾端用硬膠墊塊28進(jìn)行襯墊，防止液壓囊16在高壓力條件下從巖樣與試驗(yàn)機(jī)加載腔間微小縫隙中擠出而破裂；
[0047](5)、連接電液伺服加卸荷系統(tǒng)，依次將油箱1、液壓栗站2、先導(dǎo)型比例電磁控制閥
3、三位四通電液換向閥6、調(diào)壓閥7、二位四通電磁換向閥8、增壓缸1、單向閥11、無(wú)簧液控單向閥12、調(diào)速閥13、二位二通電磁閥15等液壓元件通過(guò)高壓管線5進(jìn)行連接，并將控制主機(jī)17與電控調(diào)壓系統(tǒng)4、增壓系統(tǒng)9、可調(diào)速卸壓系統(tǒng)14和三位四通電液換向閥6連接，用于監(jiān)控整個(gè)電液伺服加卸荷系統(tǒng)，從而通過(guò)預(yù)設(shè)的多樣加卸荷路徑18將壓力傳遞給孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)電液伺服加卸荷；
[0048](6)、將電液伺服加卸荷系統(tǒng)與孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的接頭24進(jìn)行連通，使帶有液壓壓力信息的液壓油能通過(guò)“L”型彎管23進(jìn)出液壓囊16，并能將液壓壓力均勻作用于巖樣孔壁；
[0049](7)、將裝配好的巖樣和孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)一并放置到巖石三軸試驗(yàn)機(jī)的加載腔內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行中心含孔洞巖樣在三軸外壓(包括軸壓和圍壓)和孔內(nèi)液壓耦合壓縮條件下的孔內(nèi)多樣應(yīng)力路徑卸荷試驗(yàn)；
[0050](8)、以在常規(guī)三軸試驗(yàn)機(jī)上試驗(yàn)為例，試驗(yàn)過(guò)程中首先加載軸壓至5MPa將巖樣及孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定，然后加載圍壓至5MPa，然后以同樣的加載速率按線性加載路徑31將圍巖和內(nèi)壓均加載至Pr，將軸壓加載至Pz，Pz>Pr，然后分別按高速線性卸荷路徑32、高速下凸非線性卸荷路徑33、高速上凸非線性卸荷路徑34、次高速線性卸荷路徑35、次高速下凸非線性卸荷路徑36、次高速上凸非線性卸荷路徑37等卸荷路徑將內(nèi)壓卸載，研究卸荷速率和卸荷路徑對(duì)巖石孔內(nèi)卸荷響應(yīng)的影響;控制不同的軸壓Pz和圍壓Pr重復(fù)上述卸荷過(guò)程再將內(nèi)壓卸載，研究外壓對(duì)巖石孔內(nèi)卸荷響應(yīng)的影響；
[0051](9)、改變巖樣中心孔洞斷面形狀及尺寸再進(jìn)行加卸荷試驗(yàn)，研究圓形、橢圓形、方形、拱形等開(kāi)挖形狀及開(kāi)挖尺寸對(duì)巖石孔內(nèi)卸荷響應(yīng)的影響；
[0052](10)、改變巖樣中心孔洞的深度，研究開(kāi)挖范圍或者開(kāi)挖長(zhǎng)度對(duì)巖石孔內(nèi)卸荷響應(yīng)的影響。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置，其特征是:包括孔內(nèi)加卸壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電液伺服加卸荷系統(tǒng)； 所述的孔內(nèi)加卸荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括:液壓囊(16)、與所述的液壓囊(16)連接的“L”型彎管(23)、連接所述的“L”型彎管(23)和所述的電液伺服加卸荷系統(tǒng)出口的接頭(24)、開(kāi)有“U”型槽(25)供所述的“L”型彎管(23)通過(guò)的剛性壓板(26)、以及填充所述的“L”型彎管(23)與巖樣端面間空隙的支撐塊(27);所述的液壓囊(16)置入中心含孔洞巖樣(19)的孔洞內(nèi)，與孔壁緊密接觸，所述的液壓囊(16)尾端用硬膠墊塊(28)進(jìn)行襯墊； 所述的電液伺服加卸荷系統(tǒng)包括油箱(I)、進(jìn)口與油箱(I)連接的液壓栗站(2)、與所述的液壓栗站(2)出口連通的電控調(diào)壓系統(tǒng)(4)和三位四通電液換向閥(6)、與所述的三位四通電液換向閥(6)相連的增壓系統(tǒng)(9)和可調(diào)速卸壓系統(tǒng)(14)、連接各部分的高壓管線(5)以及控制主機(jī)(17);所述的增壓系統(tǒng)(9)和可調(diào)速卸壓系統(tǒng)(14)與所述的接頭(24)連接;所述的控制主機(jī)(17)與所述的電控調(diào)壓系統(tǒng)(4)、所述的三位四通電液換向閥(6)、所述的增壓系統(tǒng)(9)和所述的可調(diào)速卸壓系統(tǒng)(14)的控制端通信相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的中心含孔洞巖樣(19)分別加工成方塊巖樣和圓柱形巖樣，并且所述的剛性壓板(26)分別為方形剛性壓板(29)和圓形剛性壓板(30)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的“L”型彎管(23)插入所述的液壓囊(16)內(nèi)且所述的“L”型彎管(23)的端部設(shè)有內(nèi)鎖緊(20)、所述的“L”型彎管(23)上設(shè)有壓在所述的液壓囊(16)開(kāi)口外的外鎖緊(21)、將內(nèi)、外鎖緊和囊壁壓緊防止液壓油泄露的壓緊螺母(22)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)巖石孔內(nèi)不同應(yīng)力路徑加卸荷的試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的電控調(diào)壓系統(tǒng)(4)通過(guò)先導(dǎo)型比例電磁控制閥(3)來(lái)實(shí)現(xiàn);所述的增壓系統(tǒng)(9)包括增壓缸(10)、二位四通電磁換向閥(8)、調(diào)壓閥(7)、無(wú)簧液控單向閥(12)和單向閥(11);所述的可調(diào)速卸壓系統(tǒng)(14)由二位二通電磁閥(15)和調(diào)速閥(13)連接組成;所述的液壓栗站(2)的出口通過(guò)所述的高壓管線(5)連接所述的先導(dǎo)型比例電磁控制閥(3)的入口和所述的三位四通電液換向閥(6)的一個(gè)入口，所述的先導(dǎo)型比例電磁控制閥(3)的出口與所述的油箱(I)連接，所述的三位四通電液換向閥(6)的一個(gè)出口與調(diào)壓閥(7)的入口和所述的無(wú)簧液控單向閥(12)的入口連接，所述的調(diào)壓閥(7)的出口與所述的二位四通電磁換向閥(8)的一個(gè)入口連接，所述的二位四通電磁換向閥(8)的一個(gè)出口與所述的增壓缸(1)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)油缸連接，所述的增壓缸(10)的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)油缸與所述的二位四通電磁換向閥(8)的另一個(gè)入口連接，所述的二位四通電磁換向閥(8)的另一個(gè)出口與所述的油箱(I)連接，所述的增壓缸(10)的一個(gè)增壓油缸和驅(qū)動(dòng)油缸通過(guò)所述的單向閥(11)與所述的液壓囊(16)連接，所述的增壓缸(10)的另一個(gè)增壓油缸和驅(qū)動(dòng)油缸通過(guò)所述的單向閥(11)與所述的無(wú)簧液控單向閥(12)的出口連接;所述的三位四通電液換向閥(6)的另一個(gè)出口分別與所述的調(diào)速閥(13)的出口和所述的無(wú)簧液控單向閥(12)的控制端連接，所述的調(diào)速閥(13)的入口與所述的二位二通電磁閥(15)的一個(gè)接口連接，所述的二位二通電磁閥(15)的另一個(gè)接口與所述的液壓囊(16)連接。
【文檔編號(hào)】G01N3/02GK105865930SQ201610220535
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】李夕兵, 王少鋒, 杜坤, 陶明, 李響, 周健, 曹文卓
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)