[發明專利]一種杠桿式巖石流變試驗加載裝置

在審

• 申請號: 201710396577.2
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107024380A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 祝方才;馬夢常;劉杰;付華;梁斌;周斌
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 任重,馮振寧

技術領域

本發明涉及巖石流變試驗技術領域，具體地，涉及一種能持續提供穩定壓力、自動循環施加擾動載荷的杠桿式巖石流變試驗加載裝置。

背景技術

巖石流變性能是指巖石的蠕變、應力松弛、與時間有關的擴容以及強度的時間效應等特性，巖石的流變效應是工程長期穩定的重要影響因素和變形相應，因此研究巖石流變性能，可以分析巖石工程的長期穩定性和地學中的許多重要問題。

巖石流變試驗特點在于加壓裝置要提供持久恒定的壓力，通常要連續加壓數天，目前的巖石流變試驗裝置，大多數使用剛性液壓伺服試驗機進行加載，雖然這些儀器裝置在載荷的控制和數據采集方面性能優越，但其也具有明顯的缺點:一是由于巖石的不均勻性，試驗壓力需要達到50噸才足以滿足不同強度的巖石試驗要求，而現有儀器裝置達不到這種載荷要求；二是試驗過程中儀器損耗大，試驗成本高；三是伺服系統加載的拉壓力穩定性不夠，導致試驗精度不夠。且力學試驗壓力機液壓伺服的加載方式，用電動油泵給試驗件加壓，這樣的壓力機很難用于流變試驗，流變試驗開始后，每一級荷載施加數天到數十天，而液壓伺服的試驗機、油泵不能連續工作過長時間，而且長時間加載的話，油泵工作不穩定，導致壓力不恒定，試驗數據不可靠。

而對于另外一些簡易試驗裝置，其加載原理主要是利用滑輪組或用千斤頂加載，這些裝置移動方便、造價低廉，但簡易試驗裝置中的液壓千斤頂保持穩定荷載的效果不理想，而滑輪組制成的儀器又無法提供較大的壓縮載荷，主要只適用于一些軟弱巖土材料的流變。

同時，巖石在流變階段易受外部擾動載荷干擾，從而影響到巖石流變的動力學特性，現有技術的巖石流變試驗機擾動載荷控制存在沖擊耗散、能力不集中的缺點，無法將擾動載荷集中傳遞至巖石試件上，造成沖擊能量的損耗，給試驗帶來一定的誤差。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對上述技術缺陷，提供一種能保證壓力垂直施加、壓力加載杠桿穩定、自動循環施加擾動荷載、施加擾動防止荷載振動的杠桿式巖石流變試驗加載裝置。

本發明的上述目的通過以下技術方案予以實現：

一種杠桿式巖石流變試驗加載裝置，包括固定底座、主杠桿、次杠桿、主支撐桿、次支撐桿、連接裝置和加壓裝置；所述主支撐桿和次支撐桿分別垂直設于固定底座的兩端；所述主杠桿橫跨于主支撐桿與次支撐桿之間，所述主杠桿與固定底座平行，主杠桿與主支撐桿鉸接連接；所述次杠桿設于主杠桿下方，所述次杠桿一端與次支撐桿鉸接、另一端靠近主支撐桿設置為加載端，所述連接裝置連接主杠桿靠近次支撐桿的端部和次杠桿靠近次支撐桿的端部；所述加壓裝置設置于主杠桿靠近主支撐桿一端，所述加壓裝置包括同軸設置的壓頭、傳力桿、試件承接裝置，所述試件承接裝置設于固定底座上，所述壓頭與主杠桿連接，所述傳力桿一端與壓頭相連、另一端與所述試件承接裝置一起對試件施加壓力。

具體地，所述固定底座設于地面上，在次杠桿的加載端進行加載，通過主杠桿和次杠桿的力臂作用將加載端的作用力作用于壓頭和傳力桿上，并最終傳遞至試件上對試件進行加載，所述加載裝置可以實現穩定加壓的目的。

具體地，所述主杠桿與主支撐桿采用固定鉸的連接方式，具體為在所述主支撐桿頂端設置鋼板作為反力支撐板，所述固定鉸一端與鋼板連接，另一端與主杠桿連接，在實際使用中，主杠桿繞鉸接支點處有小角度轉動，固定鉸的連接方式，可以起到固定主杠桿及允許其轉動的作用。

具體地，所述壓頭和主杠桿的連接點與主杠桿在主支撐桿上的鉸接點存在一定的橫向垂直距離，所述次杠桿和次支撐桿的鉸接點與主杠桿和次杠桿的連接裝置存在一定的橫向垂直距離，保證了所述次杠桿加載端的加載力通過所述主杠桿和次杠桿的兩次放大，最終加載到試件上。

具體地，可以根據需要放大的載荷倍數來改變主杠桿與次杠桿的尺寸及所述橫向垂直距離來調整傳力比，進而達到最大的壓力施加效果。

具體地，為節約材料，所述傳力桿設為圓柱形傳力桿，所述傳力桿在與壓頭的連接處設有與壓頭適配的凹形結構，所述壓頭嵌于凹形結構內，避免壓頭方向偏倚，保證了所述加載力的精確傳遞。

具體地，所述壓頭與主杠桿的連接方式為將壓頭焊接在一塊鐵板上，然后采用螺栓將所述鐵板貼合固定在主杠桿的加壓表面上。

進一步地，所述加載裝置還包括擾動加載重錘，所述擾動加載重錘中心設有能容納傳力桿輕松穿過的通孔；所述傳力桿為變截面桿，與試件接觸的一端為大截面端，所述大截面端設有加載盤供擾動加載重錘下落施加擾動載荷。

具體地，所述擾動加載重錘外形為圓柱體，所述通孔為圓形通孔。