[實用新型]一種三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統

有效

• 申請號: 201220029159.2
• 申請日: 2012-01-30
• 公開（公告）號: CN202471674U
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 郭惟嘉;張新國;李楊楊;史俊偉;江寧;江興元;魏中舉;孫熙鎮;江貝
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;E21B43/26
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

技術領域

本實用新型涉及一種物理模擬實驗加載設備，尤其涉及一種三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統。

背景技術

柔性加載水囊系統是三維物理模擬實驗加載的關鍵設備。目前三維物理模擬實驗加載一般采用剛性加載法，即采用分級傳力塊(普通鋼軌)或在液壓油缸下面鋪設鋼板的方式把需要模擬的巖層重量通過液壓加載到模擬材料上，整個模擬材料上上表面承受的壓力不是均布荷載，尤其在模擬煤層開采時，上部模擬巖層在局部塌陷的情況下均布加載采用目前的加載方式更不可能。

實用新型內容

為解決上述問題，本實用新型提出一種三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統，包括水囊、水壓加載裝置、應變測量裝置和控制裝置，其特征在于：所述水囊包括膠囊和注水管，所述膠囊由硫化橡膠制成，基本為長方體，膠囊的內部具有空腔，所述膠囊的上表面的中部設有注水孔，所述注水孔與所述空腔相通，所述注水管固定設置在所述注水孔中，所述注水管與所述注水孔連接處密封處理；所述水壓加載裝置包括柱塞泵、穩壓器、緩沖器、流量控制模塊、壓力控制模塊和安全閥，所述柱塞泵通過所述穩壓器和所述緩沖器連接所述注水管，用于向所述膠囊中注水，所述柱塞泵連接所述注水管的通路上設置所述流量控制模塊和壓力控制模塊，用于控制注水的流量和壓力，所述安全閥連接在所述柱塞泵上，當注水壓力超過所述柱塞泵的額定壓力時放水卸壓；所述應變測量裝置包括多個應變片，所述應變片固定設置在所述膠囊的外表面上，用于檢測所述膠囊的注水時的變形；所述控制裝置包括控制器、伺服液壓裝置和顯示器，所述控制器連接所述流量控制模塊、壓力控制模塊和應變測量裝置，采集注水流量、注水壓力和膠囊應變數值并通過所述顯示器顯示，所述伺服液壓裝置連接所述控制器和所述水壓加載裝置中的柱塞泵，其在所述控制器的控制下根據需要定量驅動所述柱塞泵，以實現定量注水。

本實用新型的優點在于：使用硫化橡膠制成的膠囊進行加壓，壓力加載均勻，膠囊內部壓力處處相等，作用在試樣表面上的力是均勻的，可以從均勻加載的研究非均勻、非連續介質的動力響應規律，在平面應變條件下研究柔性荷載作用下各向同性巖土體的動力響應問題；

使用伺服液壓裝置進行注水加壓控制，通過控制器的控制，可實現任意量的精確注水；

控制器實時監測注水壓力和流量，可以隨時調節注水參數，便于進行不同類型的模擬實驗。

附圖說明

附圖1為本實用新型所述三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統中水囊的剖視圖；

附圖2為本實用新型所述三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統中水囊的正視圖。

附圖標記如下：

1-膠囊；2-空腔；3-注水管。

具體實施方式

一種三維模擬實驗臺柔性加載水囊系統，包括水囊、水壓加載裝置、應變測量裝置和控制裝置。參見附圖1-2，水囊為壓力加載的執行器件，包括膠囊和注水管，膠囊由硫化橡膠制成，基本為長方體，長方體四周倒角以避免磨損并提高整體的強度，膠囊的內部為空腔，膠囊的上表面的中部中心位置設有注水孔，注水孔與空腔相連通，注水管為管狀結構，其通過底部的卡子固定設置在注水孔中，注水管的頭部露出膠囊的上表面，為防止漏水，注水管與注水孔和膠囊表面的連接處要密封處理，如添加密封膠墊、注膠密封等；

水壓加載裝置包括柱塞泵、穩壓器、緩沖器、流量控制模塊、壓力控制模塊和安全閥，柱塞泵通過穩壓器和緩沖器連接注水管，以向膠囊中注水加壓，柱塞泵、穩壓器和緩沖器選用市面上常用的型號即可，柱塞泵連接注水管的通路上設置流量控制模塊和壓力控制模塊，用于控制注水的流量和壓力，優選流量控制模塊和壓力控制模塊中分別設置流量傳感器和壓力傳感器，其連接控制裝置，向控制裝置傳輸注水流量和注水壓力，安全閥連接在柱塞泵或注水通路的任意位置上，當注水壓力超過柱塞泵的額定壓力時，放水卸壓；

應變測量裝置包括多個應變片，應變片固定設置在膠囊的外表面上，包括上表面、下表面和側面，用于檢測膠囊的注水時的變形，其一方面可以測量得到膠囊中的實際壓力，以作為進行壓力加載實驗時加載壓力的一個測量參數，另一方面也隨時監測膠囊的變形，避免壓力加載過大撐破膠囊；