[發明專利]精準模擬巖土體動態沖擊壓縮的三軸實驗裝置

在審

• 申請號: 202011160577.0
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112326468A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 鄒寶平;劉治平;羅戰友;牟軍東
• 申請（專利權）人: 浙江科技學院
• 主分類號: G01N3/307
• 分類號: G01N3/307;G01N3/02
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種精準模擬巖土體動態沖擊壓縮的三軸實驗裝置，其特征在于，包括：

沿水平軸向依次布設有動態沖擊入射桿(1)、巖土體試樣(3)、動態沖擊透射桿(2)，所述動態沖擊入射桿(1)、巖土體試樣(3)、動態沖擊透射桿(2)依次通過端面帶間隙地接觸連接，所述動態沖擊入射桿(1)的位置固定不變；

在所述動態沖擊入射桿(1)、巖土體試樣(3)、動態沖擊透射桿(2)的外部沿軸向套設有中空的L型環式法蘭(6)，所述L型環式法蘭(6)的外部套設有荷載保護套(7)，所述L型環式法蘭(6)的中心位置設有啞鈴式圍壓環(5)，所述啞鈴式圍壓環(5)為中空的啞鈴型圓柱結構，所述啞鈴式圍壓環(5)的外壁全角度與所述L型環設法蘭(6)的內壁粘接連接，在所述啞鈴式圍壓環(5)的中部沿所述啞鈴式圍壓環(5)的整個外圈形成凹陷部位，所述啞鈴式圍壓環(5)的內部安設有自適應保護環(4)，所述自適應保護環(4)上沿軸向設有中軸水流輸入槽(1105)，所述巖土體試樣(3)安設在所述自適應保護環(4)的內部中心；

所述動態沖擊入射桿(1)的外徑表面、所述動態沖擊透射桿(2)的外徑表面與所述L型環式法蘭(6)的內徑表面之間形成構造間隙空間；

液壓式軸壓伸縮器(16)與所述動態沖擊透射桿(2)的施動端連接，動力沖擊子彈(17)與所述動態沖擊入射桿(1)的外側端連接，在所述構造間隙空間的兩側開口處設有溫度加熱裝置和溫度測量裝置，應力片(25)呈對稱狀分別布置在所述動態沖擊入射桿(1)和所述動態沖擊透射桿(2)上，所述動態沖擊入射桿(1)和所述動態沖擊透射桿(2)的上下兩側各自分別設有應力片(25)，所述應力片(25)通過多芯傳導線與超動態監測器(2807)連接以便通過所述超動態監測器(2807)實時監測熱-水-力耦合環境下巖土體試樣(3)的動態沖擊應力、應變；

通過將帶壓液壓油(14)從外部注入至所述啞鈴式圍壓環(5)的整個外圈致使所述啞鈴式圍壓環(5)在外力作用下包裹壓緊位于其內部的自適應保護環(4)和巖土體試樣(3)形成圍壓；通過驅動所述液壓式軸壓伸縮器(16)推動所述動態沖擊透射桿(2)使所述動態沖擊透射桿(2)處于受壓狀態、通過驅動所述動力沖擊子彈(17)高速撞擊所述動態沖擊入射桿(1)產生動態沖擊的能量，使得所述動態沖擊入射桿(1)和所述動態沖擊透射桿(2)共同壓緊巖土體試樣(3)形成軸壓；所述圍壓和軸壓的共同作用形成動態三軸應力場；

通過將帶壓的純凈水(15)從外部注入并流經所述構造間隙空間和所述中軸水流輸入槽(1105)填充在巖土體試樣(3)的周圍形成滲流場；

通過將注入的純凈水進行加熱產生熱量形成熱效應致使填充在巖土體試樣(3)周圍的純凈水發熱形成溫度場；

所述液壓式軸壓伸縮器(16)連接有液壓式軸壓增壓控制器(22)，所述液壓式軸壓增壓控制器(22)連接軸壓控制器(2802)，通過所述軸壓控制器(2802)操控所述液壓式軸壓增壓控制器(22)增壓驅使所述液壓式軸壓伸縮器(16)伸出推動所述動態沖擊透射桿(2)向朝向所述巖土體試樣(3)側軸向移動，使得所述動態沖擊透射桿(2)和所述巖土體試樣(3)的接觸面緊密接觸并壓緊；

所述動力沖擊子彈(17)與所述動態沖擊入射桿(1)的外側端全斷面接觸連接，所述動力沖擊子彈(17)的外部設有子彈保護筒(18)，所述子彈保護筒(18)的外側的中心位置設有控制球閥(19)，所述控制球閥(19)的外側通過高壓軟管與動態沖擊儲氣罐(20)連接，所述動態沖擊儲氣罐(20)通過多芯傳導線與空氣壓縮控制器(21)連接，所述空氣壓縮控制器(21)通過多芯傳導線與子彈沖擊控制器(2801)連接，通過所述子彈沖擊控制器(2801)操控所述空氣壓縮控制器(21)向所述動態沖擊儲氣罐(20)內提供具有壓力的氣源，所述動態沖擊儲氣罐(20)內部的壓力氣源快速通過所述控制球閥(19)射入所述動力沖擊子彈(17)，進而驅使所述動力沖擊子彈(17)高速撞擊所述動態沖擊入射桿(1)產生動態沖擊的能量；

所述L型環式法蘭(6)的中部對稱設置兩個第一圍壓注入洞(1301)，所述荷載保護套(7)的中部對稱設置兩個第二圍壓注入洞(1302)，所述第一圍壓注入洞(1301)的下端位于所述啞鈴式圍壓環(5)的所述凹陷部位的正上方處，所述第一圍壓注入洞(1301)的上端與所述第二圍壓注入洞(1302)的下端對應貫通，所述第二圍壓注入洞(1302)的上端通過高壓軟管與液壓式圍壓增壓控制器(23)連接，所述液壓式圍壓增壓控制器(23)通過多芯傳導線與圍壓控制器(2803)連接，通過所述圍壓控制器(2803)操控所述液壓式圍壓增壓控制器(23)增壓使液壓油(14)依次通過所述第二圍壓注入洞(1302)、所述第一圍壓注入洞(1301)進入到所述啞鈴式圍壓環(5)的凹陷部位所形成的預留空間并充滿整個空間，利用所述液壓式圍壓增壓控制器(23)的不斷增壓致使液壓油(14)形成不同水平的壓力施加在所述啞鈴式圍壓環(5)的整個外圈，進而將整個外圈的壓力傳導至自適應保護環(4)和巖土體試樣(3)形成圍壓；

在所述構造間隙空間的一側開口處設第一熱力水力儲存洞(1101)，所述第一熱力水力儲存洞(1101)通過第一水流輸入槽(1103)連通至所述構造間隙空間，所述第一熱力水力儲存洞(1101)與所述第一水流輸入槽(1103)之間的壁上設有水射流洞(1003)，第一帶壓水噴嘴(1001)、第一電熱絲(801)和第一熱電偶(901)均設置在所述第一熱力水力儲存洞(1101)內；

在所述構造間隙空間的另一側開口處設第二熱力水力儲存洞(1102)，所述第二熱力水力儲存洞(1102)通過第二水流輸入槽(1104)連通至所述構造間隙空間，所述第二熱力水力儲存洞(1102)與所述第二水流輸入槽(1104)之間的壁上設有水射流洞(1003)，第二帶壓水噴嘴(1002)、第二電熱絲(802)和第二熱電偶(902)均設置在所述第二熱力水力儲存洞(1102)內；

所述第一帶壓水噴嘴(1001)和第二帶壓水噴嘴(1002)各自通過高壓軟管與氣動式水壓增壓控制器(24)連接，所述氣動式水壓增壓控制器(24)通過多芯傳導線與水壓控制器(2808)連接；

所述第一電熱絲(801)和第二電熱絲(802)各自通過多芯傳導線與溫壓控制器(2804)連接；

所述第一電熱偶(901)和第二電熱偶(902)各自通過多芯傳導線與溫度量測控制器(2805)連接，所述溫度量測控制器(2805)通過多芯傳導線與溫度監測顯示屏(2806)連接；

沿縱向呈環向在所述第一熱力水力儲存洞(1101)和第二熱力水力儲存洞(1102)的內壁的中部分別布設有第一防漏密封洞(1201)和第二防漏密封洞(1202)，在所述第一防漏密封洞(1201)和第二防漏密封洞(1202)的內部分別設有倒Y型密封環(1203)用于防止帶壓的純凈水發生泄露。