[發(fā)明專利]一種用于巖體直接剪切、拉壓加載的新型多功能試驗(yàn)機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711326945.2
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108036999B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李術(shù)才;胡杰;李利平;劉洪亮;石少帥;周宗青;陳旭光;孫尚渠
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發(fā)明公開了一種用于巖體直接剪切、拉壓加載的新型多功能試驗(yàn)機(jī)，包括一個主體框架，在主體框架內(nèi)設(shè)有對巖體進(jìn)行加載的垂向加載裝置、水平向加載裝置；在主體框架上設(shè)有巖樣起吊裝置，在主體框架的一側(cè)設(shè)有巖樣運(yùn)輸裝置；在垂向加載裝置、水平向加載裝置各自由控制系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)控制，相互配合但互不干涉；在垂向加載裝置、水平向加載裝置上設(shè)有載荷傳感器，載荷傳感器用于檢測加載油缸的載荷力,其與各自的控制系統(tǒng)相連，構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)；巖樣上設(shè)有變形傳感器，變形傳感器根據(jù)試驗(yàn)需求固定在巖樣的四周，分別測量巖樣垂向和水平向的變形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于巖體直接剪切、拉壓加載的新型多功能試驗(yàn)機(jī)。

背景技術(shù)

目前，大量基礎(chǔ)交通設(shè)施的修建迫在眉睫，地下工程是其中重要的組成部分。隧道等地下洞室修建與運(yùn)營過程中存在較多的災(zāi)害問題。隧道洞內(nèi)危石垮塌是一種常見的災(zāi)害形式，發(fā)生機(jī)理主要表現(xiàn)為巖體壓剪與拉剪破壞兩種形式。目前，市面上常見的直剪試驗(yàn)機(jī)多為壓剪試驗(yàn)機(jī)，無法滿足巖體拉剪試驗(yàn)的需求。已有的拉剪試驗(yàn)裝置大多結(jié)構(gòu)簡單、功能單一，無法實(shí)現(xiàn)巖石多種力學(xué)性能測試的功能。現(xiàn)有的直剪試驗(yàn)機(jī)尺寸和加載噸位都較小，無法實(shí)現(xiàn)多尺度巖樣的剪切需求。隨著地下工程的開發(fā)不斷進(jìn)入深部，深部巖體的應(yīng)力狀態(tài)更加復(fù)雜，常規(guī)的單軸試驗(yàn)已經(jīng)無法滿足研究需要，而巖石的三軸試驗(yàn)逐漸引起了研究人員的重視。現(xiàn)有的三軸試驗(yàn)主要采用圓柱形試樣，通過液壓室進(jìn)行圍壓加載，而這種三軸試驗(yàn)由于側(cè)向各個方向壓力相同，又被稱為假三軸試驗(yàn)。目前真三軸試驗(yàn)的巖樣通常是立方體或長方體試樣，試驗(yàn)過程采用六面加載，整體三軸試驗(yàn)機(jī)的研制成本過高，僅有少數(shù)單位進(jìn)行了研發(fā)購置。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于巖體直接剪切、拉壓加載的新型多功能試驗(yàn)機(jī)。既能夠滿足常規(guī)的壓剪試驗(yàn)，還能夠進(jìn)行單軸拉伸、單軸壓縮、雙軸壓縮、三軸壓縮等試驗(yàn)，是對目前常規(guī)直剪試驗(yàn)機(jī)的一個極大的創(chuàng)新性改進(jìn)，充分挖掘其功能，在節(jié)約成本的情況下，做到物盡其用。

本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種用于巖體直接剪切、拉壓加載的新型多功能試驗(yàn)機(jī)，包括一個主體框架，在所述的主體框架內(nèi)設(shè)有對巖體進(jìn)行加載的垂向加載裝置、水平向加載裝置；在所述的主體框架上設(shè)有巖樣起吊裝置，在主體框架的一側(cè)設(shè)有巖樣運(yùn)輸裝置；在所述的垂向加載裝置、水平向加載裝置各自由控制系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)控制，相互配合但互不干涉；在所述的垂向加載裝置、水平向加載裝置上設(shè)有載荷傳感器，所述的載荷傳感器用于檢測加載油缸的載荷力,其與各自的控制系統(tǒng)相連，構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，通過在控制系統(tǒng)中預(yù)設(shè)最大、最小壓力值，并監(jiān)控實(shí)際顯示值與預(yù)設(shè)最大、最小值差異控制垂向加載油缸的啟停，達(dá)到加載或穩(wěn)壓目的；所述的巖樣上設(shè)有變形傳感器，所述的變形傳感器根據(jù)試驗(yàn)需求固定在巖樣的四周，分別測量巖樣垂向和水平向的變形。通過在所述的垂向加載裝置、水平向加載裝置的動力端設(shè)置不同的工具以及通過控制系統(tǒng)進(jìn)行不同的控制實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)。

整體裝置在簡單改裝后可進(jìn)行巖樣不同力學(xué)性能的測試，包括：巖體壓剪試驗(yàn)、拉剪試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)、單軸拉伸試驗(yàn)、雙軸壓縮試驗(yàn)、三軸加載試驗(yàn)等，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用的功能。

進(jìn)一步的，所述主機(jī)框架包括兩個立柱以及安裝在兩個立柱上的上橫梁與下橫梁組成，采用高強(qiáng)度鋼板焊接，整體強(qiáng)度大、剛度高，滿足試驗(yàn)過程機(jī)架本身不得變形的要求。

進(jìn)一步的，所述垂向加載裝置包括安裝在上橫梁上的垂向加載油缸、負(fù)荷傳感器I、垂向加壓板組成；所述垂向加載油缸采用大噸位高精度伺服雙向油缸，可以實(shí)現(xiàn)對巖樣的拉、壓雙向加載，因而能夠完成巖樣拉剪、壓剪兩種實(shí)驗(yàn)；垂向最大輸出荷載達(dá)到200噸，解決了傳統(tǒng)直剪儀無法針對強(qiáng)度較大或尺寸較大的巖樣完成單軸壓縮試驗(yàn)的缺點(diǎn)；所述負(fù)荷傳感器I用于檢測加載油缸的載荷力,其與控制系統(tǒng)I相連，通過在控制系統(tǒng)I中預(yù)設(shè)最大、最小壓力值，并監(jiān)控實(shí)際顯示值與預(yù)設(shè)最大、最小值差異控制垂向加載油缸的啟停，達(dá)到加載或穩(wěn)壓目的；所述加壓板與垂向加載油缸的動力輸出端相連，可根據(jù)試驗(yàn)需求進(jìn)行拆卸、更換，起到傳遞荷載的作用。