一种提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置，包括可控温补水反力底板、可控温反力顶板、约束反力弹簧、可调式螺旋杆、底板连接杆，可控温补水反力底板与可控温反力顶板之间经约束反力弹簧连接，约束反力弹簧顶端经可调式螺旋杆与可控温反力顶板连接，底部经底板连接杆与可控温补水反力底板连接，可控温补水反力底板及可控温反力顶板内通有恒温液体，待测岩石试件夹设在可控温补水反力底板与可控温反力顶板之间。与现有技术相比，本发明专利技术具有结构简单，易于加工、操作，且可准确控制施加荷载等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冻胀岩石力学试验
，尤其是涉及一种提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置，适用于岩石冻胀变形、冻胀模型等的试验研究。
技术介绍
岩土体的冻胀变形会导致寒区工程结构损坏，因而，岩土体冻胀机理、冻胀模型已成为寒区岩土工程研究的热点。目前，关于寒区冻土冻胀的研究较多，冻土冻胀试验装置也已比较成熟。由于土体强度较低，常规冻土冻胀试验在研究荷载作用对冻土冻胀的影响时常采用重力加载的方式，此方法简洁方便，但所能施加的最大荷载较低；而岩石的强度较高，采用此法试验研究荷载作用对岩石冻胀的影响难以满足要求。因而，急需研发可施加与岩石强度相匹配荷载且可补水控温的岩石冻胀试验装置。中国专利CN203587587U公开了一种饱水岩石冻胀力实时在线测试装置，包括：一中空的缸体，缸体的底部固定连接有螺柱，螺柱沿缸体向外延伸，缸体的顶部设置有与缸体的侧壁形状相配合的缸盖，缸盖套装在所述螺柱上，螺柱从下到上还依次套装有第一垫块、测力传感器、第二垫块和螺母，测力传感器上连接有智能数字压力表；工作状态下：将中空特制裂隙的待测饱水岩石穿过螺柱后放置于所述缸体内，将第一垫块、测力传感器、第二垫块和螺母依次与螺柱配合连接后，将该缸体放置于低温环境下进行反复冻融。但是该装置的荷载仍然无法与岩石强度相匹配
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单，易于加工、操作，且可准确控制施加荷载的提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置，包括可控温补水反力底板、可控温反力顶板、约束反力弹簧、可调式螺旋杆、底板连接杆，所述的可控温补水反力底板与可控温反力顶板之间经约束反力弹簧连接，所述的约束反力弹簧顶端经可调式螺旋杆与可控温反力顶板连接，底部经底板连接杆与可控温补水反力底板连接，所述的可控温补水反力底板及可控温反力顶板内通有恒温液体，待测岩石试件夹设在可控温补水反力底板与可控温反力顶板之间。所述的可控温补水反力底板的中部与岩石试件接触位置由下向上依次布置恒温液出入口与恒温液循环槽、补水孔口及横向-纵向-竖向补水孔道，所述的恒温液循环槽均匀分布在可控温补水反力底板中部，并能够实现恒温液循环流通，所述的补水孔口外接马氏瓶，利用马氏瓶提供无压水流，即可实现无压补水。作为优选的实施方式，恒温液循环槽采用蛇管结构。竖向补水孔道中还塞有吸水毛线，从而提高吸水效果。所述的底板连接杆通过螺纹孔与可控温补水反力底板连接，利用螺帽将底板连接杆固定在可控温补水反力底板上，底板连接杆另一端布置连接约束反力弹簧的销孔。所述的可控温补水反力底板的材质为Q235钢材，厚30～35mm。所述的可控温反力顶板的中部与岩石试件接触位置的上侧布置恒温液出入口与恒温液循环槽，该恒温液循环槽均匀分布在可控温反力顶板中部，并能够实现恒温液循环流通即可。作为优选的实施方式，恒温液循环槽采用蛇管结构。所述的可调式螺旋杆通过螺纹孔与可控温反力顶板连接，下端布置连接约束反力弹簧的销孔。所述的可调式螺旋杆调整合适后，在可控温反力顶板上下侧用两个螺帽进行固定。所述的可控温反力顶板的材质为Q235钢材，厚25～30mm。所述的约束反力弹簧设有四根，分别连接在可控温补水反力底板与可控温反力顶板的四角处。岩石冻胀试验荷载的施加方法，其具体步骤如下：第一步，确定岩石冻胀试验所需施加至岩石试件顶面的均布荷载P，假定试件的截面积为A，则需要通过约束反力弹簧施加至可控温反力顶板的合力F合＝P×A，则四个约束反力弹簧分配的约束反力为F分＝P×A/4。第二步，已知四个约束反力弹簧的刚性系数均为k，则可确定施加约束反力F分所需的约束反力弹簧的变形x＝F分/k＝P·A/k/4。第三步，假定弹簧原长为L，底板连接杆销孔距可控温补水反力底板顶面的距离为l1，可调式螺旋杆销孔距可控温反力顶板底面的距离为l2，岩石试件的高度为H，则需使H＝L+x+l1+l2，以实现试验装置反力的自平衡。由于H、L、x、l1均已为固定值，通过调节可调式螺旋杆的位置，从而控制l2的值，使l2＝H-(L+x+l1)成立，以实现试验装置反力的自平衡。因此，试件制作和约束反力弹簧选择时需控制H>L+x+l1。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术所能施加的最大荷载可以满足岩石冻胀试验的要求，并同时满足了控温、补水的试验条件；(2)本专利技术利用约束反力弹簧受拉，通过可控温补水反力底板、可控温反力顶板将拉力转化为压力作用在岩石试件上，整个装置本身实现了力的自平衡，不需要外部装置对其施加荷载；(3)本专利技术可以准确控制试验荷载的量值，并且可以根据试验需求方便地调整试验荷载量值的大小。附图说明图1为本专利技术的主视结构示意图；图2为图1中可控温反力顶板2的A-A剖面图；图3为图1中可控温补水反力底板4的B-B剖面图；图4为图1中可控温补水反力底板4的C-C剖面图；图5为图1中可控温补水反力底板4的D-D剖面图；图中：1-可调式螺旋杆；2-可控温反力顶板；3-约束反力弹簧；4-可控温补水反力底板；5-底板连接杆；6a-顶板恒温液出口；6b-底板恒温液出口；7a-顶板恒温液入口；7b-底板恒温液入口；8a-顶板恒温液循环槽；8b-底板恒温液循环槽；9a-顶板恒温液循环槽盖板；9b-底板恒温液循环槽盖板；10-补水孔口；11-横向补水孔道；12-纵向补水孔道；13-竖向补水孔道；14-岩石试件。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例一种提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置，其结构如图1所示，包括布置在岩石试件14下方的可控温补水反力底板4和布置在岩石试件14上方的可控温反力顶板2，可控温补水反力底板4和可控温反力顶板2分别通过底板连接杆5、可调式螺旋杆1与约束反力弹簧3连接。其中，约束反力弹簧3受拉变形提供约束拉力，并通过可控温反力顶板2与可控温补水反力底板4将拉力转换为压力作用在岩石试件14上；通过调整可调式螺旋杆1的位置，可以调节约束反力弹簧3的变形大小，从而调节作用在岩石试件14上的荷载。如图1和图2所示，可控温反力顶板2中部与岩石试件14对应位置上侧布置顶板恒温液循环槽8a，顶板恒温液循环槽8a通过顶板恒温液入口7a与顶板恒温液出口6a与外部恒温设施相连接，形成闭合循环回路，使恒温液在顶板恒温液循环槽8a持续循环流动，提供恒温边界。利用顶板恒温液循环槽盖板9a将顶板恒温液循环槽8a密封。如图1、图3和图4所示，可控温补水反力底板4中部与岩石试件14对应位置上侧均匀布置竖向补水孔道13，竖向补水孔道13通过纵向补水孔道12与横向补水孔道11连通，横向补水孔道11与补水孔口10连通。外部能够提供无压补水的马氏瓶与补水孔口10连接，补水可流经横向补水孔道11、纵向补水孔道12、竖向补水孔道13到达岩石试件14底面，实现无压补水。为提高补水效果，可在竖向补水孔道13内塞入吸水毛线。如图1和图5所示，可控温补水反力底板4中部与岩石试件14对应位置下侧布置底板恒温液循环槽8b，底板恒温液循环槽8b通过底板恒温液入口7b与底板恒温液出口6b与外部恒温设施相连接，形成闭合循环回路，使恒温液在底板恒温液循环槽8b持续循环流动，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置，其特征在于，该装置包括可控温补水反力底板、可控温反力顶板、约束反力弹簧、可调式螺旋杆、底板连接杆，所述的可控温补水反力底板与可控温反力顶板之间经约束反力弹簧连接，所述的约束反力弹簧顶端经可调式螺旋杆与可控温反力顶板连接，底部经底板连接杆与可控温补水反力底板连接，所述的可控温补水反力底板及可控温反力顶板内通有恒温液体，待测岩石试件夹设在可控温补水反力底板与可控温反力顶板之间。

【技术特征摘要】
1.一种提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置，其特征在于，该装置包括可控温补水反力底板、可控温反力顶板、约束反力弹簧、可调式螺旋杆、底板连接杆，所述的可控温补水反力底板与可控温反力顶板之间经约束反力弹簧连接，所述的约束反力弹簧顶端经可调式螺旋杆与可控温反力顶板连接，底部经底板连接杆与可控温补水反力底板连接，所述的可控温补水反力底板及可控温反力顶板内通有恒温液体，待测岩石试件夹设在可控温补水反力底板与可控温反力顶板之间。2.根据权利要求1所述的一种提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置，其特征在于，所述的可控温补水反力底板的中部与岩石试件接触位置由下向上依次布置恒温液出入口与恒温液循环槽、补水孔口及横向-纵向-竖向补水孔道。3.根据权利要求2所述的一种提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置，其特征在于，竖向补水孔道中还塞有吸水毛线。4.根据权利要求1所述的一种提供自平衡反力的岩石冻胀试验装置，其特征在于，所述的底板连接杆通过螺纹孔与可控温补水反力底板连接，利用螺帽将底板连接杆固定在可控温补水反力底板上，底板...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏才初，吕志涛，李强，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31