一種變尺寸真三軸試驗系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種變尺寸真三軸試驗系統，包括第一加載框架、第二加載框架，第一加載框架包括用于Z向加載的上端面、與上端面位置相對的用于放置試件的下端面、用于X向加載的右端面、與右端面位置相對的左端面、用于Y方向加載的后端面；上端面、右端面和/或左端面、后端面上均固定有用于對試件進行加載的加載裝置；后端面相對位置的第一加載框架前端面外側的第一加載框架上設有安裝條；第二加載框架上開設有與安裝條形狀大小匹配的滑槽；前端面外側的第一加載框架一側固定有用于推動第二加載框架沿所述安裝條滑動的推拉機構。本發明解決了現有真三軸試驗機在試樣尺寸上的局限性。
【專利說明】一種變尺寸真三軸試驗系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及試驗裝置領域，特別是一種變尺寸真三軸試驗系統。
【背景技術】
[0002]目前已有的真三軸試驗機只能進行小尺寸試驗，試樣尺寸一般為IOOmm左右，另外一部分大尺寸真三軸試驗機則只能進行大尺寸模型試驗，試樣尺寸一般為IOOOmm左右。若既需要進行常規尺寸試驗室試驗，又需要進行大尺寸模型試驗，則需購置兩套試驗設備，在空間與經費上都構成很大的浪費。此外，目前已有的大尺寸模型試驗機加載時，通常只是單面整個加壓板直接加載，不利于應力的均勻分布，更無法實現單個加載面上多種不同加載路徑的要求。
[0003]CN202599762公開了一種真三軸大物模應力加載裝置，在其加載機構的八邊形支撐框架上設有九個千斤頂，不涉及到各個千斤頂的出力轉換，不能進行小尺寸試驗。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種既可進行小尺寸試驗，又可進行大尺寸模型試驗的變尺寸真三軸試驗系統，解決現有真三軸試驗機在試樣尺寸上的局限性。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:一種變尺寸真三軸試驗系統，包括第一加載框架、第二加載框架，所述第一加載框架包括用于Z向加載的上端面、與所述上端面位置相對的用于放置試件的下端面、用于X向加載的右端面、與所述右端面位置相對的左端面、用于Y方向加載的后端面；所述上端面、右端面和/或左端面、后端面上均固定有用于對所述試件進行加載的加載裝置；所述后端面相對位置的第一加載框架前端面開口 ；所述前端面外側的第一加載框架上設有安裝條；所述第二加載框架上開設有與所述安裝條形狀大小匹配的滑槽；所述前端面外側第一加載框架一側固定有用于推動所述第二加載框架沿所述安裝條滑動的推拉機構。
[0006]還包括用于將試件經所述前端面開口運送到下端面的輸送機構；所述輸送機構包括兩根平行設置的導軌和設置在兩根導軌上且能在所述兩根導軌上滑動的小車；所述兩根導軌的同一端下表面均固定有支撐桿，且所述支撐桿高度與所述第一加載框架下端面高度匹配。輸送機構不但可以運送試件，還可以運送加載過程中所需要的別的物件，如墊片等。
[0007]所述下端面上固定有頂升油缸，所述小車放置試件的位置和遠離所述支撐桿一側的部位開設有與所述頂升油缸的活塞桿大小匹配的槽。當試件被運送到下端面時，頂升油缸的活塞桿將試件頂起，手動拉動小車，通過小車上的槽使小車方便地退出。
[0008]所述加載裝置包括軸動器底座，所述軸動器底座一側固定有軸動器，所述軸動器底座另一側固定有多個加載油缸，且所述多個加載油缸排布成油缸陣列，所述油缸陣列外周的每個加載油缸的活塞桿均與一個小壓盤固定連接，所述油缸陣列內圈的所有加載油缸的活塞桿與同一塊大壓盤固定連接，且所述大壓盤與所述小壓盤接觸形成一塊對所述試件加載的加壓板；本發明中，所述加載油缸共九個，九個加載油缸排布成油缸陣列，所述油缸陣列外周的每個加載油缸的活塞桿各與一個小壓盤固定連接，所述油缸陣列內圈的一個加載油缸的活塞桿與同一個大壓盤固定連接，且所述大壓盤與分布在所述大壓盤周圍的各個小壓盤接觸。在大尺寸模型試驗中9個加載油缸均實施加載，在小尺寸真三軸加載時只用到中間主出力加載油缸(即油缸陣列內圈的油缸)進行加載。
[0009]對所述試件加載時，所述下端面上設置有直角鋼墊片；所述直角鋼墊片包括下底面和與所述下底面垂直連接的兩個側面，且兩個側面相互垂直連接。直角鋼墊片可以保證試件受力更加均勻。
[0010]所述滑槽底部寬于所述滑槽的開口側，防止第二加載框架劃出安裝條。
[0011]與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為:本發明既可進行小尺寸試驗，又可進行大尺寸模型試驗，不僅能完成試驗室小尺寸的真三軸力學試驗，同時能用于測量大尺寸模型試樣在真三軸應力狀態下的變形與破壞特性，解決了現有真三軸試驗機在試樣尺寸上的局限性，且本發明的試驗系統結構簡單，操作方便，加載均勻，節約了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明一實施例加載系統立體圖(裝樣時)；
圖2為本發明一實施例加載系統立體圖(試驗時)；
圖3為本發明一實施例加載系統俯視圖(裝樣時)；
圖4為本發明一實施例加載系統俯視圖(試驗時)；
圖5為本發明一實施例加載系統主視圖(裝樣時)；
圖6為本發明一實施例加載系統主視圖(試驗時)；
圖7為本發明一實施例第一加載框架立體圖；
圖8為本發明一實施例第二加載框架立體圖；
圖9為本發明一實施例軸動器及加壓板整體圖；
圖10為本發明一實施例軸動器及加壓板縱向剖視圖；
圖11為本發明一實施例導軌與小車整體結構圖；
圖12為本發明一實施例直角鋼墊片立體圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，本發明一實施例包括第一加載框架1、第二加載框架2，所述第一加載框架I包括用于Z向加載的上端面、與所述上端面位置相對的用于放置試件8的下端面、用于X向加載的右端面、與所述右端面位置相對的左端面、用于Y方向加載的后端面；所述上端面、右端面和/或左端面、后端面上均固定有用于對所述試件8進行加載的加載裝置；所述后端面相對位置的第一加載框架I前端面開口 ；所述前端面外側(即遠離試件8的一側)的第一加載框架I上設有安裝條10 ;所述第二加載框架2上開設有與所述安裝條10形狀大小匹配的滑槽15 ;所述前端面外側的第一加載框架I 一側固定有2個用于推動所述第二加載框架2沿所述安裝條10滑動的推拉油缸4。
[0014]加載裝置包括軸動器底座13，所述軸動器底座13 —側固定有軸動器固定座3 (通過軸動器固定座3可以將加載裝置安裝在第一加載框架I上)，所述軸動器底座13另一側固定有九個加載油缸11，且九個加載油缸11排布成油缸陣列，所述油缸陣列外周的每個加載油缸的活塞桿各與一個小壓盤12固定連接，所述油缸陣列內圈的一個加載油缸11的活塞桿與同一個大壓盤17固定連接，且所述大壓盤17與分布在所述大壓盤17周圍的各個小壓盤12接觸。
[0015]本發明還包括用于將試件8經所述前端面開口運送到下端面的輸送機構；所述輸送機構包括兩根平行設置的導軌5和設置在兩根導軌5上且能在所述兩根導軌5上滑動的小車6 ;所述兩根導軌5的同一端下表面均固定有支撐桿16，且所述支撐桿16高度與所述第一加載框架I下端面高度匹配。
[0016]裝載試件時，將第二加載框架移到第一加載框架的一側，將導軌5—端與第一加載框架固定，裝載完畢后，移開導軌5與小車6，第二加載框架復位固定后提供Y方向加載的反力支撐。如圖9所示，加載裝置采用復合加載方式，每個加壓板由與9個加載油缸對應的面積不等的9個壓盤組成，由此進行加載，從而實現均勻加載，并減小軸動器最大出力要求。在大尺寸模型試驗中9個加載油缸均實施加載，在小尺寸真三軸加載時只用到中間主出力加載油缸進行加載。
[0017]該系統共有X、Y、Z三個加載方向，六個加載平面，三個主動加載面，三個被動加載面。每個加載方向的其中一側是被動加載面，另一側是由加載油缸、加壓板組成的主動加載面。三個方向的加載系統各自獨立，互不干擾，并能按比例同步加載。加載系統軸向(Z方向)最大加載力1200噸，保證出力1000噸；側向(X\Y方向)最大加載力600噸，保證出力500噸。因試樣尺寸范圍較大，正方體試件的單邊長度從IOOmm至1000mm，試驗時受力面積根據試樣尺寸而不同。在進行大尺寸物理模型試驗時，為保證整個受力面上受力分布均勻，提高試驗的準確性，需要較大的加載面積；而另一方面從制造、加工的角度考慮，又應盡量降低油缸與活塞的直徑，減輕設備重量，因此，在每一個加載面上設置了九個加載油缸(如圖9、圖10所示)，借助由相應的9個面積不等的壓盤組成的加壓板在試件的一面施加壓力。設置中間加載油缸為主出力加載油缸，中間主出力加載油缸對應的壓盤面積為A。，其它八個為輔助加載油缸對應的壓盤面積為在進行中小尺寸巖體真三軸試驗時，試樣尺寸一般為300mm*300mm*300mm或150mm*150mm*150mm,加載時只用到中間主出力加載油缸；在物理大模型實驗中九個加載油缸均實施加載，以保證有足夠的加載壓力。由于設備施加荷載較大，為了盡量減少因加載板的彎曲、變形而導致試樣表面應力分布不均，選擇較大厚度的加載板，使荷載更加均勻地擴散于整個加載平面。
[0018]試驗時，第一加載框架和第二加載框架作為受力框架承受全部工作載荷。本組合式受力框架設計的最大特點是結構簡單實用，并能夠滿足設計的強度、剛度要求。
[0019]在本框架系統的設計中，考慮到各個構件的功用及制造工藝，以及試樣在設備中的裝卸問題，本發明采用推拉油缸4控制第二加載框架移動，借助導軌與小車解決數噸重的大模型試樣，不能進行人工搬移就位的問題。第一加載框架前端面的外側一端上下各有一個推拉油缸，保證對第二加載框架的均勻出力。該設備配置有導軌與小車。試樣測試前，借助滑動燕尾結構(安裝條10與滑槽15，滑槽15底部寬于所述滑槽15的開口側)用推拉油缸移走第二加載框架，之后安裝導軌與小車并固定于第一加載框架下端面上，并借助導軌與小車將試樣推入第一加載框架中(如圖1、3、5所示)。為使小車在試樣到位后能順利退出，在第一加載框架的下端面設置頂升油缸7，小車6放置試件8的位置和遠離支撐桿16 —側的部位開設有與頂升油缸7的活塞桿大小匹配的槽18，借助頂升油缸7將試件頂升，即可移除導軌與小車，最后將第二加載框架移回原位并固定，開始試驗(如圖2、4、6所示)。
[0020]為了軸動器能夠對試件中心進行加載，防止偏心載荷作用，需通過制作精確的直角鋼墊片來調整試樣位置(如圖12所示)。通過不同尺寸的直角鋼墊片14，來實現不同尺寸巖石類材料的真三軸試驗。直角鋼墊片上面的滲流試驗預留槽19 一是用于試件對中，一是用于為后續水力壓裂和滲流試驗預留通道。
【權利要求】
1.一種變尺寸真三軸試驗系統，其特征在于，包括第一加載框架(I)、第二加載框架(2)，所述第一加載框架(I)包括用于Z向加載的上端面、與所述上端面位置相對的用于放置試件(8)的下端面、用于X向加載的右端面、與所述右端面位置相對的左端面、用于Y方向加載的后端面；所述上端面、右端面和/或左端面、后端面上均固定有用于對所述試件(8)進行加載的加載裝置；所述后端面相對位置的第一加載框架(I)前端面開口 ；所述前端面外側的第一加載框架(I)上設有安裝條(10);所述第二加載框架(2)上開設有與所述安裝條(10)形狀大小匹配的滑槽(15);所述前端面外側第一加載框架(I) 一側固定有用于推動所述第二加載框架(2)沿所述安裝條(10)滑動的推拉機構。
2.根據權利要求1所述的變尺寸真三軸試驗系統，其特征在于，還包括用于將試件(8)經所述前端面開口運送到下端面的輸送機構；所述輸送機構包括兩根平行設置的導軌(5)和設置在兩根導軌(5)上且能在所述兩根導軌(5)上滑動的小車(6);所述兩根導軌(5)的同一端下表面均固定有支撐桿(16)，且所述支撐桿(16)高度與所述第一加載框架(I)下端面高度匹配。
3.根據權利要求2所述的變尺寸真三軸試驗系統，其特征在于，所述下端面上固定有頂升油缸(7)，所述小車(6)放置試件(8)的位置和遠離所述支撐桿(16)—側的部位開設有與所述頂升油缸(7)的活塞桿大小匹配的槽(18)。
4.根據權利要求1?3之一所述的變尺寸真三軸試驗系統，其特征在于，所述加載裝置包括軸動器底座(13)，所述軸動器底座(13) 一側固定有軸動器固定座(3)，所述軸動器底座(13)另一側固定有多個加載油缸(11)，且所述多個加載油缸(11)排布成油缸陣列，所述油缸陣列外周的每個加載油缸(11)的活塞桿均與一個小壓盤(12)固定連接，所述油缸陣列內圈的所有加載油缸(11)的活塞桿與同一塊大壓盤(17)固定連接，且所述大壓盤(17)與所述小壓盤(12)接觸形成一塊對所述試件(8)加載的加壓板(9)。
5.根據權利要求4所述的變尺寸真三軸試驗系統，其特征在于，所述加載油缸(11)共九個，九個加載油缸(11)排布成油缸陣列，所述油缸陣列外周的每個加載油缸的活塞桿各與一個小壓盤(12)固定連接，所述油缸陣列內圈的一個加載油缸(11)的活塞桿與同一個大壓盤(17)固定連接，且所述大壓盤(17)與分布在所述大壓盤(17)周圍的各個小壓盤(12)接觸。
6.根據權利要求5所述的變尺寸真三軸試驗系統，其特征在于，對所述試件(8)加載時，所述下端面上設置有直角鋼墊片(14);所述直角鋼墊片(14)包括下底面和與所述下底面垂直連接的兩個側面，且兩個側面相互垂直連接。
7.根據權利要求6所述的變尺寸真三軸試驗系統，其特征在于，所述滑槽(15)底部寬于所述滑槽(15)的開口側。
【文檔編號】G01N3/12GK103822833SQ201410090301
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】趙海斌, 劉大安, 梅松華, 牛晶蕊, 陳建勝, 王洪建 申請人:中國水電顧問集團中南勘測設計研究院有限公司, 中國科學院地質與地球物理研究所