[發明專利]一種應力加載裝置

有效

• 申請號: 201610326770.4
• 申請日: 2016-05-17
• 公開（公告）號: CN105758714B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 夏彬偉;盧義玉;李曉紅;明治清;劉承偉;湯積仁;郭世杰;張旋
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/12
• 代理公司: 重慶華科專利事務所50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及地質力學模型試驗加載設備，具體是一種用于煤巖工程模擬實驗的應力加載裝置。

背景技術

模型加載系統是地質力學模型試驗中一項關鍵技術，因為它直接關系到模擬效果和精度，也直接影響模型塊體內所形成應力(應變)場的相似程度。對模型試驗結果能否符合工程實際受力狀態起著至關重要的作用。

現有的模型加載技術中，普遍使用的有如下兩種加載方式：一是使用真三軸加載系統對模型加載，如CN 101285808 B公開的高地應力真三維加載模型試驗系統；二是用柔性橡膠囊對模型加載，如CN 203414356 U公開的高地應力柔性加載瞬間卸載試驗裝置。在實驗精度要求不高的情況下，這兩種方式均能解決一些問題。隨著工程的不斷發展，對加載形式的要求也日益提高。以上兩種的加載方式的弊端也逐漸暴露：(1)三軸加載每個方向受力只能是一個整體，不能如實模擬模型在同一方向上不均勻受力狀態；(2)用柔性橡膠加載，起加載均勻性尚可，但其行程較小，荷載強度偏低，無法滿足模型較大變形和較高的強度要求，適用范圍受到了很大限制；又無法循環實用，成本高昂，且加載模型尺寸普遍較小(均小于1立方米)，在地質環境條件相對簡單的情況下可以實現模擬，但無法充分模擬地質條件較復雜的情況。

發明內容

本發明的目的在于提供一種應力加載裝置，其能夠對不同尺寸的模型施加多種應力。

本發明的技術方案如下：

一種應力加載裝置，其包括加載艙、液壓控制系統和伺服油源，所述加載艙設置在一底座上，所述加載艙包括軸向水平的后加載蓋、環形加載框架和前反力蓋，所述環形加載框架內的底側設置有水平承放模型的試件臺，環形加載框架內的左、右、上側對應模型的左、右、上表面設置有用于施加應力的均布加載器陣列，所述后加載蓋沿軸向對應模型的后表面設置有均布加載器陣列，所述前反力蓋沿軸向對應模型的前表面設置有前反力板。加載艙內的均布加載器與伺服油源連接，在加載艙內設置有測量均布加載器位移的位移傳感器和測量均布加載器內部油壓的油壓傳感器，所述位移傳感器和油壓傳感器與液壓控制系統連接。所述底座上沿加載艙的軸向設置有兩平行導軌，后加載蓋、環形加載框架和前反力蓋的底部分別設置有可在導軌上前后移動的支撐架，環形加載框架與后加載蓋、前反力蓋可拆卸式密封連接。

進一步，所述環形加載框架包括加載環組以及連接于加載環組與后加載蓋之間的過渡環，環形加載框架內的均布加載器陣列由分布在每個加載環內的左、右、上側的均布加載器組成，加載環的內側面向內延伸出安裝平臺，均布加載器固定在安裝平臺上。

進一步，所述加載環組包括六個加載環，每個加載環內壁的頂部、左部和右部分別有四個均布加載器，后加載蓋上設置有十二個均布加載器；每個均布加載器設置有一對用于連接伺服油源的進、出油管，每個均布加載器的進、回油腔各設置一只油壓傳感器。

進一步，每個均布加載器包括內設六個連通的空腔的缸體，每個空腔內均設有一個活塞，每個活塞的端部固定有加壓板，同一均布加載器的各加壓板處于同一平面且與其所在的安裝平臺平行，每個均布加載器的六個活塞共用一個位移傳感器。

進一步，所述加壓板朝模型的一面上固定有一塊具有縱橫交錯的溝槽的傳力板，傳力板與加壓板平行對齊，溝槽位于傳力板朝模型的一面，傳力板在溝槽的縱橫交錯處有垂直于傳力板的通氣孔。

進一步，溝槽的寬度和深度均為6mm，溝槽間的間距為15mm，通氣孔的直徑為5mm，傳力板通過沉頭螺釘固定在加壓板上，沉頭螺釘位于傳力板的角部。

進一步，所述加壓板朝活塞的一面設有2mm深的正方形沉坑，活塞桿的端頭設有與正方形沉坑配合的正方形臺階。

本方案的應力加載裝置，通過多個方向的均布加載器陣列來對模型施壓多維應力，且由多個均布加載器組成的陣列形式，通過液壓控制系統和伺服油源分控單個均布加載器，能夠對模型施加均勻或非均勻的較大的應力。采用伺服油源能夠實現自動伺服變量控制，極大地減少了無功消耗，節能、低噪，符合現代低碳經濟的要求。且后加載蓋、環形加載框架和前反力蓋之間的可拆卸式連接，且可滑動于底座的導軌上，方便大尺寸模型的取放。又通過油路密封連接口和引線密封連接口的設計，保證加載艙的密封性。