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专利名称：一种岩体三轴实验刚性加载装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩体高温三轴实验的轴压侧压刚性加载机构，尤其适用于进行不同轴压、侧压组合条件下的高温三轴的实验，属于矿业工程领域。
背景技术：
自从十八世纪初材料试验机问世以来，经过了二百多年的发展和提高，试验机愈趋完善和精确。但是，在材料试验机中都是传统地把力作为自变量，用恒定加载率进行力学试验。这种试验技术对于材质比较均勻、各向同性的连续的理想弹性材料(如金属材料和木材)来讲，在一般情况下尚能满足工程设计的需要。但是，由于岩石(煤或其它脆性材料) 是非均质、各向异性的非连续介质，是一种多孔隙、多节理、多弱面的脆性材料，其性质与前者截然不同，若仍利用普通材料试验机进行试验，即以恒定的加载速率对岩石类试样加载达到其强度极限值(亦称峰值)时，试验产生脆裂破坏，试验机在试验过程中贮存的弹性变形能量急剧而猛烈地释放使岩样在峰值处失控而立即崩溃，假若使用应力一应变曲线来描绘试样破坏过程的话，则该曲线只能描绘到峰值以前的一段曲线(即前半程应力一应变曲线)，而峰值后的曲线(即后半程应力一应变曲线)便会突然消失，显然不符合工程实际。出现上述现象的原因在于普通试验机的刚度小于岩石类材料的刚度，使得岩石实验结果并不能真实地反映岩石的力学性态(包括治石的强度特征、变形特征和破坏过程)。 而大刚度的试验机顺利地描绘出了岩石的全程应力一应变曲线，对于岩体工程结构的设计具有重要意义。之后，大刚度试验机(即刚性试验机)作为岩石类材料实验的新手段，成为岩石力学实验技术的新发展。多年来，国内外许多岩石力学学者做了大量的研究工作，研制了若干种不同原理、不同结构的刚性试验机，如围压三轴试验机、真三轴试验机(仪)、高温高压三轴试验机、大型真三轴试验机等，并随之进行了大量相关试验的研究，揭示了岩石、 岩体的许多鲜为人知的特性，大大推动了岩石力学学科的发展，成为对国民经济中有重要影响的新兴学科。随着人类对深部资源能源开发工程的迅速发展，诸如煤炭地下气化、高温岩体地热开发、深部油气开采、废料处置等与温度有关的工程问题越来越多，迫切需要了解深部岩体的特性，这些问题的解决离不开实验技术的发展和进步，离不开试验机技术的发展。而国内外现有的高温高压试验机，尽管能实现在高温度和高压力下的实验，但试样尺寸(Φ20 mmX40 mm)非常小，且功能单一，仅可以进行变形特性和弹性波等地球物理方面的研究，较难提供与人类工程活动相关的岩体性态。

发明内容
技术问题本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、 操作方便、可完成大试样试验的岩体高温三轴实验轴压侧压刚性加载设备。技术方案本发明的岩体三轴实验刚性加载装置，主要由主机框架和压头构成，所述的主机框架包括主机底座、设在主机底座中部的轴压缸，主机底座的四个角上分别设有通过锁紧螺母固定连接的立柱，轴压缸的两侧对称设有两个侧压缸，两个侧压缸上设有套在立柱上的下托滑块，两个侧压缸外侧的主机底座上分别设有液压支柱，液压支柱上设有套装在立柱上的上托滑块，立柱上设有上梁；所述的压头包括轴压压头和套在轴压压头上的侧压压头，轴压压头设在轴压缸上，侧压压头固定在下托滑块上。所述的轴压压头外径为下大上小的变径结构；所述的侧压压头的内径为下大上小的变径结构；所述的上梁、主机底座、上托滑块均由Q-235-A钢板焊接而成。有益效果本发明的轴压与侧压可通过伺服控制各自独立进行加载，侧压采用固体传压方式，可为大尺寸试样(Φ200 mmX400 mm)的高温三轴实验提供不同组合的轴压和侧压，更好的提供与人类工程活动相关的岩体性态，可应用于探索深部采矿、煤炭地下直接液化与气化、地热开采、煤层气开采、深部油气开采、废料处置、矿山安全、建筑安全等极为广泛的工程领域的深刻科学规律与自然现象，可为能源与资源开发提供原创性的思路与研究方向。其结构简单、刚性强、可完成大试样的试验。


图1是本发明的结构图； 图2是图1的A-A剖视图。图中1-上梁，2-立柱，3-侧压压头，4-轴压压头，5-高温三轴压力室，6-锁紧螺母，7-侧压紅，8-液压支柱，9-上托滑块，10-下托滑块，11-轴压缸，12-围压套，13-叶腊石粉，14-盐，15-下轴压头，16-上轴压头，17-试样，18-压力室盖板，19-主机盖板，20-主机底座。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明
如图1所示，本发明的岩体三轴实验刚性加载装置，主要由主机框架和压头构成，配与压系统及控制台协同作业。所述的主机框架采用三梁四柱立式结构，呈矩形式样，它由上梁 1、主机底座20、轴压缸11、侧压缸7、液压支柱8、立柱2、锁紧螺母6、上托滑块9、下托滑块 10组成。轴压缸11、侧压缸7均为柱塞式油缸，缸体为ZG270-500，柱塞为45#锻钢，柱塞表面淬火处理。柱塞端面装有一块4Cr5MoSiVl合金钢板，增压杆均采用H13合金钢材料， 留有排水孔，表面淬火处理。其中，立柱2上端与上梁1固定连接，轴压缸11设在主机底座 20的中部，主机底座20的四个角上分别设有通过锁紧螺母6固定连接的立柱2，轴压缸11 的两侧对称设有两个侧压缸7，侧压缸7通过螺母固定在立柱2中部，两个侧压缸7上设有套在立柱2上的下托滑块10，两个侧压缸7外侧的主机底座20上分别设有液压支柱8，液压支柱8上设有套装在立柱2上的上托滑块9，上托滑块9、下托滑块10以立柱2为导向， 在液压支架8、侧压缸7驱动下可做上下运动；立柱2上设置上梁1。所述的压头包括轴压压头4和套在轴压压头4上的侧压压头3，轴压压头4固定于轴压缸11上，侧压压头3固定于下托滑块10上表面，轴压压头4和侧压压头3全部采用变径结构，轴压压头4外径为下大上小的变径结构，侧压压头3的内径为下大上小的变径结构；所述的上梁1、主机底座 20、上托滑块10均由Q-235-A钢板焊接而成，焊后均做退火处理。轴压压头4采用直径为 195 mm的压头，侧压压头3采用内径为200 mm，外径为300 mm的环形压头，高温三轴压力室5之外，采用较大直径的压头逐渐过渡，加载机构整体刚度不小于9X K^N/m。
工作过程首先给该加载机构供电，之后启动液压支柱8使上托滑块9上升，当高温三轴压力室5上端面压力室盖板18与主机盖板19尽量接触大致没有缝隙后，停止上升9 上托滑块。然后启动轴压缸11和侧压缸7，交替上升轴压缸11和侧压缸7加载，须保证让轴压先接触到15下轴压头。通过控制轴压缸使轴压压头上升施压于上轴压头16，轴压通过上轴压头16作用于试样17，实现对试样轴压加载；控制侧压缸7使下托滑块上升，侧压压头3随下托滑块一起上升施压于围压套12，侧压再依次作用于叶腊石粉13、盐14、试样17， 从而实现对试样17的侧压加载。
权利要求
1.一种岩体三轴实验刚性加载装置，其特征在于它主要由主机框架和压头构成，所述的主机框架包括主机底座(20)、设在主机底座(20)中部的轴压缸(11)，主机底座(20)的四个角上分别设有通过锁紧螺母(6)固定连接的立柱(2)，轴压缸(11)的两侧对称设有两个侧压缸(7)，两个侧压缸(7)上设有套在立柱(2)上的下托滑块(10)，两个侧压缸(7)外侧的主机底座(20 )上分别设有液压支柱(8 )，液压支柱(8 )上设有套装在立柱(2 )上的上托滑块(9)，立柱(2)上设有上梁(1);所述的压头包括轴压压头(4)和套在轴压压头(4)上的侧压压头(3 )，轴压压头(4 )设在轴压缸(11)上，侧压压头(3 )固定在下托滑块(10 )上。
2.根据权利要求1所述的岩体三轴实验刚性加载装置，其特征在于所述的轴压压头 (4)外径为下大上小的变径结构。
3.根据权利要求1所述的岩体三轴实验刚性加载装置，其特征在于所述的侧压压头 (3)的内径为下大上小的变径结构。
4.根据权利要求1所述的岩体三轴实验刚性加载装置，其特征在于所述的上梁(1)、 主机底座(20)、上托滑块(10)均由Q-235-A钢板焊接而成。
全文摘要
一种岩体三轴实验刚性加载装置，主要由主机框架和压头构成，主机框架包括主机底座、轴压缸，主机底座上设有立柱，轴压缸的两侧对称设有两个侧压缸，两个侧压缸上设有套在立柱上的下托滑块，两个侧压缸外侧的主机底座上分别设有液压支柱，液压支柱上设有套装在立柱上的上托滑块，立柱上设有上梁；压头包括轴压压头和套在轴压压头上的侧压压头，轴压压头设在轴压缸上，侧压压头固定在下托滑块上。可通过伺服控制对三轴实验试样施加轴压和侧压。主机框架由下往上移动对试样加压，侧压采用固体传压方式，轴压和侧压各自独立加载，轴压和侧压压头均采用变径结构，其结构简单、操作方便、可完成较大试样的试验。
文档编号G01N3/02GK102564847SQ20111043893
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者万志军, 周长冰, 国峰, 张源, 贺中海, 赵阳升 申请人:中国矿业大学