可加圍壓并約束試樣轉動的加載機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及配套地應力效應下活動斷裂帶錯動位移分布模型試驗裝置的輔助裝置，具體地指一種可加圍壓并約束試樣轉動的加載機構。
【背景技術】
[0002]活動斷裂帶是指晚第四紀期間(特指距今約0.15Ma以來)曾多次活動，現在及未來仍將繼續活動的斷裂帶；它作為最新的地表構造形跡，其活動性必會體現在地貌、強震活動、地質體錯動等方面。
[0003]當交通隧道或水工隧洞等穿越活動斷裂帶時，活動斷裂帶的錯動(黏滑和蠕滑)會使隧道(洞)圍巖、支護結構經受嚴重的剪切作用，使隧道(洞)產生大規模塌方、支護結構破壞，造成極大的傷亡和損失。我國屬于地震多發國家，活動斷裂帶廣泛分布，近年來在西部建設諸多交通隧道、水工隧洞不可避免地穿越了活動斷裂帶。因此，在隧道(洞)無法規避活動斷裂帶的情況下，研究活動斷裂帶錯動時斷裂帶內地質體的位移分布模式及其演化規律，對于揭示隧道(洞)圍巖響應，科學設計支護體系具有重要意義。
[0004]巖體工程模型試驗是以相似理論為基礎，通過在比例縮小的模型試件中進行加載、開挖等操作，模擬工程現場隧道(洞)所處的應力狀態、開挖等條件，監測試件在給定條件下的變形與位移特征、應力分布、破壞形態和破壞機制等;從而為工程現場隧道(洞)的開挖施工及支護設計提供指導和借鑒。因此，模型試驗被廣泛應用于巖體工程(隧道(洞)、巷道等)的施工和研究中。
[0005]地應力效應下活動斷裂帶錯動位移分布模型試驗裝置的設計中，關鍵性的技術處理是:是將巖土試樣施加軸向荷載和圍壓荷載，同時保證巖土試樣僅僅在需要的地方產生水平位移，從而模擬某段活動斷裂帶地質體的三向受力狀態及其在軸向載荷作用下的錯動、斷裂的過程。在上述過程中，需要解決如何同時保證軸向荷載和圍壓荷載的施加，且對試樣加載過程中的轉動進行限制，完成模擬過程，達到預期模型試驗效果的問題。
【發明內容】
[0006]針對現有的考慮地應力效應下活動斷裂帶錯動位移分布模型試驗裝置在試驗方面的不足，本實用新型的目的旨在提供一種可加圍壓并約束試樣轉動的加載機構，以解決實驗過程中由于液壓介質滲入導致的軸向應力的不確定性的問題，同時還解決加載過程中試樣轉動的問題。
[0007]本實用新型所設計的一種可加圍壓并約束試樣轉動的加載機構，主要包括加載壓頭，所述的加載壓頭設置在限位筒中；加載壓頭為一端開口的圓柱桶形，開口端的側面為加載壓頭側壁，另一端為加載壓頭頂部;在加載壓頭頂部的上方設置軸向加載裝置;加載壓頭側壁內部、加載壓頭頂部的下方設置有外套筒;在加載壓頭側壁上還設置有多個加載壓頭穿孔。
[0008]上述技術方案中，至少有2/3的加載壓頭穿孔設置在加載壓頭側壁和限位筒接觸區域以外;每個加載壓頭穿孔的直徑為1?2cm;所有加載壓頭穿孔的總面積占上部墊塊接觸區域以外的加載壓頭側壁面積的50 %?60 %。
[0009]上述技術方案中，在加載壓頭頂部的外頂面上、沿外圓周開有向下的圓環形的加載壓頭頂部槽，所述加載壓頭頂部槽的中央底部開有圓環形的圓環凹槽;沿加載壓頭頂部的內側面上、沿外圓周開有圓環形的內環形槽;在加載壓頭頂部槽內設置T形橡膠圈，所述的T形橡膠圈的截面呈“T”形，T形橡膠圈的“T”形的突出的底部安裝在圓環凹槽內；在加載壓頭頂部的內環形槽內設置L形橡膠圈；所述的L形橡膠圈截面呈“L”形，L形橡膠圈的頂部設置在內環形槽中。
[0010]上述技術方案中，所述的L形橡膠圈、上部墊塊和巖土試樣被依次上下同軸包裹在外套筒內；外套筒的頂部設置在加載壓頭內側頂部;上部墊塊為空心圓柱體，其頂部沿外周圓開有向下的圓環形的上部墊塊階梯槽，L形橡膠圈的“L”形伸出部位內側包裹在上部墊塊階梯槽外周。
[0011]上述技術方案中，所述的軸向加載裝置、T形橡膠圈、加載壓頭、L形橡膠圈、外套筒、限位筒、巖土試樣和上部墊塊均為同軸設置，且軸向加載裝置、加載壓頭和上部墊塊均在中心部位開有預留孔。
[0012]上述技術方案中，所述的加載壓頭側壁的外周圓直徑為Dl= 57?112cm;加載壓頭側壁的內周圓直徑為D2 = 52?103cm;且加載壓頭側壁的壁厚為5?15cm;外套筒的外周圓直徑也為D2;限位筒的內周圓直徑也為Dl; T形橡膠圈的外周圓直徑也為D1。
[0013]上述技術方案中，所述的外套筒的內周圓直徑為D3= 50?100cm;L形橡膠圈的外周圓直徑也為D3，上部墊塊的外周圓直徑也為D3。
[0014]上述技術方案中，所述的外套筒為彈性材料，它的壁厚為2?5cm。
[0015]上述技術方案中，所述的T形橡膠圈的內周圓直徑不小于0.8XD1。
[0016]上述技術方案中，所述的L形橡膠圈的內周圓直徑不少于0.8XD3，且L形橡膠圈的整體高度為0.1 XD3?0.2 XD3，L形橡膠圈的“L”形截面的長寬比為2: 3。
[0017]由上述提供的技術方案可以看出，本實用新型設計的一種可加圍壓并約束試樣轉動的加載機構，具有以下特點:
[0018]1、加載壓頭側壁上設置有加載壓頭穿孔，保證外套筒浸沒在液壓介質中；而外套筒采用彈性材質，施加的圍壓能夠通過外套筒完全施加給巖土試樣。
[0019]2、加載壓頭上、下分設置有T形橡膠圈和L形橡膠圈；L形橡膠圈設置在外套筒、加載壓頭和上部墊塊之間，保證液壓介質不會從外套筒、加載壓頭和上部墊塊之間溢入;T形橡膠圈設置在軸向加載裝置和加載壓頭之間，保證液壓介質不會從加載壓頭和軸向加載裝置之間溢入。因此，保證軸向加載裝置的軸向荷載完全施加給巖土試樣。
[0020]3、加載壓頭限制了巖土試樣的運動，破壞前試樣只能沿鉛垂向運動。根據待測的巖體資料做出標準大小巖土試樣，該巖土試樣為三部分組成的圓柱體形，其中的中間位置上模擬待錯動地質體的是斜截圓柱體形，且傾斜角度設計合適。當軸向加載裝置施加足夠大的軸向荷載時，巖土試樣中間部分產生滑動，從而整體模擬得到地質體剪切錯動時的位移模式。
【附圖說明】
[0021]圖1為可加圍壓并約束試樣轉動的加載機構的剖面結構示意圖。
[0022]圖2為加載壓頭的剖面結構示意圖。
[0023]圖3為采用本實用新型的加載設備在地應力效應下活動斷裂帶錯動位移分布模式試驗裝置中的安裝方式示意圖。
[0024]圖中:軸向加載裝置1、T形橡膠圈2、加載壓頭3、加載壓頭頂部3.1、加載壓頭側壁3.2、加載壓頭穿孔3.3、階梯凹槽3.4、圓環凹槽3.5、內環形槽3.6、L形橡膠圈4、外套筒5、限位筒6、巖土試樣7、上部墊塊8、上部墊塊階梯槽8.1、預留孔9、加載壓頭側壁3.2的外周圓直徑D1、加載壓頭側壁3.2的內周圓直徑D2、外套筒5的內周圓直徑D3。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述，以便于人們對本實用新型的理解。本實用新型的具體結構形式不限于下述實施例所描述的形式，本領域的技術人員可根據發明表述的想法輕松的設計出其他具體的實施方式，但這些根據本【實用新型內容】設計的【具體實施方式】仍屬于本實用新型的保護范圍。
[0026]如圖1和2所示的一種可加圍壓并約束試樣轉動的加載機構，加載壓頭3設置在限位筒6中。加載壓頭3為一端開口的圓柱桶形，開口端的側面為加載壓頭側壁3.2，另一端為加載壓頭頂部3.1。在加載壓頭頂部3.1的上方設置軸向加載裝置1。
[0027]加載壓頭側壁3.2內部、在加載壓頭頂部3.1的下方、還設置有外套筒5。外套筒5內部包裹有上部墊塊8和巖土試樣7。
[0028]上部墊塊8接觸區域以外的加載壓頭側壁3.2上還設置有多個加載壓頭穿孔3.3。每個加載壓頭穿孔3.3的直徑為1?2cm。所有加載壓頭穿孔3.3的總面積占上部墊塊8接觸區域以外的加載壓頭側壁3.2面積的50%?60%。具體的，至少有2/3的加載壓頭穿孔3.3設置在加載壓頭側壁3.2和限位筒5接觸區域以外。
[0029]在加載壓頭頂部3.1的外頂面上、沿外圓周開有向下的圓環形的下陷式挖槽:加載壓頭頂部槽3.4。該加載壓頭頂部階梯槽3.4的中央底部開有圓環形的下陷式挖槽:圓環凹槽3.5。沿加載壓頭頂部3.1的內側面上、沿外圓周開有圓環形的下陷式挖槽:內環形槽3.6。在加載壓頭頂部階梯槽3.4內設置T形橡膠圈2。所述的T形橡膠圈2的截面呈“T”形，T形橡膠圈2的“T”形的突出的