[發明專利]一種巖體三軸實驗剛性加載裝置

無效

• 申請號: 201110438935.4
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102564847A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 萬志軍;趙陽升;賀中海;周長冰;張源;國峰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐惠芬

技術領域

????本發明涉及一種巖體高溫三軸實驗的軸壓側壓剛性加載機構，尤其適用于進行不同軸壓、側壓組合條件下的高溫三軸的實驗，屬于礦業工程領域。

背景技術

自從十八世紀初材料試驗機問世以來，經過了二百多年的發展和提高，試驗機愈趨完善和精確。但是，在材料試驗機中都是傳統地把力作為自變量，用恒定加載率進行力學試驗。這種試驗技術對于材質比較均勻、各向同性的連續的理想彈性材料（如金屬材料和木材）來講，在一般情況下尚能滿足工程設計的需要。但是，由于巖石(煤或其它脆性材料)是非均質、各向異性的非連續介質，是一種多孔隙、多節理、多弱面的脆性材料，其性質與前者截然不同，若仍利用普通材料試驗機進行試驗，即以恒定的加載速率對巖石類試樣加載達到其強度極限值(亦稱峰值)時，試驗產生脆裂破壞，試驗機在試驗過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，假若使用應力—應變曲線來描繪試樣破壞過程的話，則該曲線只能描繪到峰值以前的一段曲線(即前半程應力—應變曲線)，而峰值后的曲線(即后半程應力—應變曲線)便會突然消失，顯然不符合工程實際。

出現上述現象的原因在于普通試驗機的剛度小于巖石類材料的剛度，使得巖石實驗結果并不能真實地反映巖石的力學性態(包括治石的強度特征、變形特征和破壞過程)。而大剛度的試驗機順利地描繪出了巖石的全程應力—應變曲線，對于巖體工程結構的設計具有重要意義。之后，大剛度試驗機(即剛性試驗機)作為巖石類材料實驗的新手段，成為巖石力學實驗技術的新發展。多年來，國內外許多巖石力學學者做了大量的研究工作，研制了若干種不同原理、不同結構的剛性試驗機，如圍壓三軸試驗機、真三軸試驗機(儀)、高溫高壓三軸試驗機、大型真三軸試驗機等，并隨之進行了大量相關試驗的研究，揭示了巖石、巖體的許多鮮為人知的特性，大大推動了巖石力學學科的發展，成為對國民經濟中有重要影響的新興學科。

隨著人類對深部資源能源開發工程的迅速發展，諸如煤炭地下氣化、高溫巖體地熱開發、深部油氣開采、廢料處置等與溫度有關的工程問題越來越多，迫切需要了解深部巖體的特性，這些問題的解決離不開實驗技術的發展和進步，離不開試驗機技術的發展。而國內外現有的高溫高壓試驗機，盡管能實現在高溫度和高壓力下的實驗，但試樣尺寸(Φ20?mm×40?mm)非常小，且功能單一，僅可以進行變形特性和彈性波等地球物理方面的研究，較難提供與人類工程活動相關的巖體性態。

發明內容

????技術問題：本發明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種結構簡單、操作方便、可完成大試樣試驗的巖體高溫三軸實驗軸壓側壓剛性加載設備。

技術方案：本發明的巖體三軸實驗剛性加載裝置，主要由主機框架和壓頭構成，所述的主機框架包括主機底座、設在主機底座中部的軸壓缸，主機底座的四個角上分別設有通過鎖緊螺母固定連接的立柱，軸壓缸的兩側對稱設有兩個側壓缸，兩個側壓缸上設有套在立柱上的下托滑塊，兩個側壓缸外側的主機底座上分別設有液壓支柱，液壓支柱上設有套裝在立柱上的上托滑塊，立柱上設有上梁；所述的壓頭包括軸壓壓頭和套在軸壓壓頭上的側壓壓頭，軸壓壓頭設在軸壓缸上，側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構；所述的側壓壓頭的內徑為下大上小的變徑結構；所述的上梁、主機底座、上托滑塊均由Q-235-A鋼板焊接而成。

有益效果：本發明的軸壓與側壓可通過伺服控制各自獨立進行加載，側壓采用固體傳壓方式，可為大尺寸試樣(Φ200?mm×400?mm)的高溫三軸實驗提供不同組合的軸壓和側壓，更好的提供與人類工程活動相關的巖體性態，可應用于探索深部采礦、煤炭地下直接液化與氣化、地熱開采、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域的深刻科學規律與自然現象，可為能源與資源開發提供原創性的思路與研究方向。其結構簡單、剛性強、可完成大試樣的試驗。

附圖說明

圖1是本發明的結構圖；

圖2是圖1的A-A剖視圖。

圖中：1-上梁，2-立柱，3-側壓壓頭，4-軸壓壓頭，5-高溫三軸壓力室，6-鎖緊螺母，7-側壓缸，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-壓力室蓋板，19-主機蓋板，20-主機底座。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的說明：