[發明專利]數控氣壓柔性加載實驗裝置

無效

• 申請號: 201010201304.6
• 申請日: 2010-06-17
• 公開（公告）號: CN101846593A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 張強勇;陳旭光;李術才;賈超;劉健;張寧
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種加載實驗裝置，尤其是一種數控氣壓柔性加載實驗裝置。

背景技術

隨著交通基礎建設的快速發展和地下資源開發的大力發展，地下洞室作為一種主要的地下結構型式在水電、交通、資源、能源領域得到廣泛應用，同時地下洞室工程的施工安全也受到越來越多關注和重視。隨著地下工程埋深的加大和工程規模的提高，擬建地下工程區域巖體的工程地質條件和水文地質條件也日益復雜，為有效評價大型地下工程施工開挖圍巖穩定性，除采用理論研究和數值計算方法外，還需要更多地依靠模型實驗進行地下洞室開挖圍巖穩定性的分析與評價，以有效揭示深埋地下洞室圍巖的力學特征與變形破壞規律。要進行模型實驗，就需要高精度的模型實驗加載系統。

目前國內外模型實驗加載系統通常采用千斤頂液壓剛性加載。液壓剛性加載比較適合于軟巖模型材料加載。對于硬巖模型材料，使用氣壓柔性加載比較合適。同時氣壓加載可有效避免液壓加載因漏油造成的環境污染。另外，由于地下洞室本身的結構及功能要求，往往需要在洞腔內施加內應力，如地下引水隧洞的內水壓力、地下油氣儲庫洞腔內部的油氣壓力等。傳統的千斤頂剛性加載無法有效在洞室內部施加柔性內壓，而要模擬洞腔內壓的變化，則需要研制與氣壓柔性加載相配套的數控系統，這對更合理地研究有壓地下洞室的圍巖穩定與安全狀況具有十分重要的意義。

目前國內相關模型實驗裝置和實驗系統的研究現狀如下：

（1）《巖石力學與工程學報》2004年第3期介紹了一種巖土工程多功能模擬實驗裝置，該裝置在模型相對兩邊分別施加均勻分布的垂直和水平地應力，其加載采用液壓千斤頂剛性加載，無法進行數控氣壓柔性加載。

（2）《水利學報》2002第5期介紹了一種離散化三維多主應力面加載實驗系統，主要由高壓氣囊、反推力板、限位千斤頂加荷器和空氣壓縮機組成。其加載雖然采用氣壓形式，但不能進行數控氣壓加載。

（4）《巖石力學與工程學報》2004年第21期介紹了一種平面應變巷道模型加載控制系統，其加載采用液壓千斤頂剛性加載，無法進行數控氣壓柔性加載。

（5）《地下空間》2004第4期介紹了一種公路隧道結構與圍巖綜合實驗加載系統，該系統采用液壓千斤頂在模型試件外部加載以模擬上覆巖土層自重應力，用內置千斤頂及位移計模擬開挖體應力響應及位移變化。其加載采用液壓千斤頂剛性加載，無法進行數控氣壓柔性加載。

（6）《土木工程學報》2005年第12期，以及申請號為200510045291.7的中國專利介紹了一種新型巖土地質力學模型實驗系統，其加載采用液壓千斤頂剛性加載，無法進行數控氣壓柔性加載。

（7）申請號為200810016641.0的中國專利公開了一種高地應力真三維加載模型實驗系統，其包括液壓控制系統、高壓加載系統和反力裝置系統。其加載采用液壓千斤頂剛性加載，無法進行數控氣壓柔性加載。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種邊界應力分布均勻、無環境污染、精度高、控制準確、方便、快捷、數字化、可視化、自動化、應用范圍廣的數控氣壓柔性加載實驗裝置。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種數控氣壓柔性加載實驗裝置，其包括氣壓加卸載裝置、可視化人機交互界面和氣壓數控系統，氣壓加卸載裝置作用于實驗模型內、外部，氣壓加卸載裝置通過線路與氣壓數控系統連接，氣壓數控系統通過線路與可視化人機交互界面連接。

所述氣壓加卸載裝置包括氣站，氣站通過氣管連接氣流分配閥，氣流分配閥通過氣管分別連接設置于實驗模型內、外部的加壓氣囊。

所述外部加壓氣囊置于實驗模型和模型反力架之間，內部加壓氣囊置于實驗模型洞腔內。

所述氣站包括設置于箱體內的氣源、氣壓表和與氣源相連的氣動元件組，所述氣動元件組包括相連接充氣氣動元件組和排氣氣動元件組，所述充氣氣動元件組包括依次連接的球閥、過濾調壓閥、充氣電磁閥、充氣節流閥Ⅰ、充氣單向閥、充氣節流閥Ⅱ、氣容Ⅰ、充氣節流閥Ⅲ和充氣節流閥Ⅳ，其中，依次串聯的充氣電磁閥、充氣節流閥Ⅰ和充氣單向閥由并連的三路組成；所述排氣氣動元件組包括依次串聯的排氣電磁閥、排氣節流閥Ⅰ、排氣節流閥Ⅱ、排氣節流閥Ⅲ、氣容Ⅱ、排氣節流閥Ⅳ和排氣節流閥Ⅴ，其中串聯的排氣電磁閥和排氣節流閥Ⅰ由并連的三路組成；充氣電磁閥和排氣電磁閥均通過線路與氣壓數控系統連接；充氣節流閥Ⅳ和排氣電磁閥連接的氣管同時也與氣流分配閥連接。