一种模拟深部岩体受力状态的加载装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及模拟深部岩体受力状态的加载装置，包括承载架、柔性胶囊、导管、爆炸载荷模拟发生器和模拟开挖工具；承载架具有矩形体形状的空腔，岩体试件固定于该空腔中，柔性胶囊置于岩体试件的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间，每一柔性胶囊上设有至少一个导管，高压液体通过该导管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生模拟的高地应力；爆炸载荷模拟发生器设置在组成所述空腔的一侧腔壁的外侧；所述空腔的一垂直腔壁上设有第一操作孔，对应该侧腔壁的柔性胶囊的对应位置上设有贯穿胶囊厚度方向的第二操作孔。有益效果：采用柔性胶囊对试件加载，能十分平稳均衡地对试件加力，很好地模拟深部岩体的高地应力状态。

Loading device for simulating deep rock mass stress state

The invention relates to a device for loading simulation of deep rock mass stress state, comprises a bearing frame, a flexible catheter, capsule, explosion simulation generator and excavation simulation tools; bearing cavity frame with rectangle shape, the rock specimen is fixed in the cavity of the flexible capsule into rock test between the wall cavity of each the side and the opposite side, a flexible capsule is provided with at least one tube, high pressure liquid into the flexible capsule through the catheter, a loading test of rock specimen simulated high stress rock mass; lateral simulation of cavity wall of one side of the generator is arranged in the cavity with the explosive load; the first operation hole of a vertical cavity wall of the cavity, the corresponding position should be flexible side wall of the capsule cavity is provided with second holes through the thickness direction of the capsule operation. The results show that the flexible capsule can be used for loading the specimen, and it can be used to test the specimen very smoothly and steadily, which can simulate the high stress state of the deep rock mass.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及受力状态的模拟装置，尤其涉及一种模拟深部岩体受力状态的加载装置。
技术介绍
当前我国交通、水利水电、能源、矿山和军事防护都有涉及深部地下工程的问题，而深部岩体赋存在高应力环境中，在施工开挖卸荷扰动和爆炸地冲击扰动作用下，存在可能发生分区破裂、大变形、岩爆、工程性地震等灾害的风险。因此为防范上述灾害发生，国内外相关学者专家都在对深部岩体工程进行深入研究，模拟深部岩体受力状态。但目前的模拟仅限于高地应力模拟，略或高地应力和开挖扰动的模拟，未见能全部实现高地应力、开挖扰动和爆炸扰动（一高两扰动）的模拟装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能实现高地应力、开挖扰动和爆炸扰动模拟的一种模拟深部岩体受力状态的加载装置。为实现上述目的，本专利技术的所述加载装置包括承载架、柔性胶囊、导管、爆炸载荷模拟发生器和模拟开挖工具；所述承载架具有矩形体形状的空腔，矩形体形状的岩体试件固定于该空腔中，所述柔性胶囊置于所述岩体试件的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间，每一柔性胶囊上设有至少一个导管，高压液体通过该导管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生模拟的高地应力；所述爆炸载荷模拟发生器设置在组成所述空腔的一侧腔壁的外侧，并将产生的三角形液压脉冲载荷经柔性胶囊传导动加载至岩体试件上，使岩体试件内产生模拟爆炸地扰动的应力状态；所述空腔的一垂直腔壁上设有第一操作孔，对应该侧腔壁的柔性胶囊的对应位置上设有贯穿胶囊厚度方向的第二操作孔，开挖工具穿过所述第一、二操作孔对岩体试件进行模拟隧道开挖，使岩体试件产生模拟开挖卸载的应力状态。所述加载装置的进一步设计在于，所述承载架包括基座、承载框、底板、侧板和顶板；所述基座水平设置，所述承载框为跨骑在基座上的矩形体的框架，该承载框下端与基座连接，所述底板置于承载框所跨骑的基座上，并可在基座上滑动，四个所述侧板置于承载框的四个垂直侧面上，所述的顶板置于承载框的顶部，置于承载框上的顶板、侧板和底板的内侧面相互围拢成所述的空腔；所述第一操作孔设置在与承载框跨骑方向相垂直的一侧板上；所述爆炸载荷模拟发生器设置在所述顶板或侧板的外侧，爆炸载荷模拟发生器产生模拟爆炸载荷通过该顶板或侧板传导到对应一侧的柔性胶囊上，并经柔性胶囊加载到岩体试件上。为了方便柔性胶囊上导管与液压站的连接，所述侧板或顶板上设有引出孔，所述柔性胶囊上连接的导管由该引出孔引出。为了与爆炸载荷模拟发生器配合连接，外侧设置有爆炸载荷模拟发生器的顶板或侧板包括外侧板、内侧板和传力薄板；所述外侧板上设有连接孔，所述内侧板上设有储液槽，该储液槽的槽底均布有若干通孔，所述爆炸载荷模拟发生器连接在外侧板的连接孔上，所述传力薄板密封连接在内侧板上储液槽的槽底端，成为所述空腔的腔壁而压触在柔性胶囊上；外侧板密封连接在内侧板上，对内侧板上的储液槽封盖，以形成储液腔。一个优选爆炸载荷模拟发生器包括加载单元和卸载单元；所述加载单元包括螺母、活塞和设有进气口和卸气口的油缸、所述活塞滑动设置在油缸中，且该活塞的活塞杆伸出所述油缸外旋接所述螺母，使活塞的行程限定在螺母与油缸之间的间距之间，所述油缸的活塞端与所述顶板或侧板上的连接孔连通；所述卸载单元包括缸筒、调节活塞、卸载活塞、调节弹簧、定位套、定位销和定位弹簧，所述缸筒沿轴向依次设有相互连通的调节活塞腔、卸载活塞腔和定位套腔，且卸载活塞腔和定位套腔的腔壁上分别设有卸载孔和销钉孔，所述调节活塞腔的开口端连接在所述油缸的卸气口上，调节活塞、卸载活塞和定位套分别对应地置于调节活塞腔、卸载活塞腔和定位套腔中，且调节活塞的活塞杆伸入到卸载活塞腔与卸载活塞连接，调节弹簧穿套在卸载活塞的活塞杆上，并将卸载活塞压向调节活塞腔和卸载活塞腔之间的连通孔，卸载活塞连接的活塞杆伸入到定位套腔中，与该腔中的定位套连接，定位销置于销钉孔中，定位弹簧穿套在定位销上，并将定位销一端压触在定位套外圆周侧面上，在卸载活塞带动定位套轴向移动而使定位孔移动至定位销位置时，定位销嵌入该定位孔中，而使卸载活塞轴向定位。进一步的，所述缸筒相互连接的第一缸筒和第二缸筒，所述第一缸筒的内腔沿轴向设有相互连通的所述调节活塞腔和第一卸载活塞腔，且所述卸载孔设置在第一卸载活塞腔的腔壁上，所述第二缸筒的内腔沿轴向设有相互连通的第二卸载活塞腔和所述定位套腔，且所述销钉孔设置在定位套腔的腔壁上，第一缸筒上的第一卸载活塞腔和第二缸筒上的第二卸载活塞腔的对应端通过螺纹连接使该两腔相互结合，形成闭合的所述卸载活塞腔。为了使连通孔与卸载活塞端部能较好地密封连接，所述卸载活塞端部设有圆锥面，所述连通孔的孔壁设有与所述圆锥面相适配的内圆锥面，在调节弹簧的作用下，卸载活塞端部的圆锥面紧压在连通孔内的内圆锥面上。为了方便柔性胶囊上的导管能引出，所述柔性胶囊上的导管设置与所述空腔腔壁相对一侧的侧面上。所进一步设计在于，所述柔性胶囊上的第二操作孔包括钢管、第一圆环片、第二圆环片和封孔圆板，所述第一圆环片、第二圆环片上的孔和沿柔性胶囊厚度方向设置的孔与钢管外径相适配，第一圆环片、第二圆环片处于柔性胶内，钢管沿柔性胶囊厚度方向的孔穿套该柔性胶囊，并与处于钢管一端部的第一圆环片连接，第二圆环片与第一圆环间隔与胶囊厚度相适配的距离并与钢管连接，第一、第二圆环片分别胶囊上对应孔的内边界硫化密封联接；钢管的管孔上设置内螺纹，所述孔圆板圆周侧设有外螺纹，封孔圆板204螺旋连接于钢管的管孔中。为了方便试件在加载装置上的安装或拆卸，所述基座上设有导轨，底板的下侧面设有滚轮，底板通过滚轮在导轨上的滚动实现底板在基座上的滑动，使试件可在测试的所述空腔外进行基本安装，然后通过轨道送入空腔中。同样试件可推出空腔外进行从试验台架上的拆卸，大大方便操作。本专利技术的有益效果在于：1）采用柔性胶囊对试件加载，既能能十分平稳均衡地对试件加力，很好地模拟深部岩体的高地应力状态，又能使加载机构结构简化；2）对柔性胶囊进行预留接口的设计，使之在对试件加载静态压力以模拟高地应力状态下进行开挖扰动试验，从而能更准确地模拟深部岩体的开挖，得到更准确可靠的试验数据；3）用爆炸载荷模拟发生器产生三角形液压力脉冲来模拟爆炸载荷，并将该液压脉冲经由若干均布的通孔向传力薄板传递，以对液压脉冲载荷进行整理，使之通过均布的通孔均衡地施加到传力薄板，传力薄板能很好地将液压脉冲振动波通过胶囊传递到试件中，从而准确有效地模拟了爆炸冲击过程对深部岩体及开挖隧道的扰动。附图说明图1是本专利技术加载装置的结构示意图。图2是图所示加载装置沿基座长度方向的剖视图。图3是爆炸载荷模拟发生器的结构示意图。图4是爆炸载荷模拟发生器中加载单元的结构示意图。图5是爆炸载荷模拟发生器中卸载单元的结构示意图。图6是爆炸载荷模拟发生器产生的液压脉冲示意图。图7是具有第二操作孔的柔性胶囊。其中，承载架1，基座11，承载框12，侧板13，引导孔18，第一操作孔134，顶板14,外侧板141，连接孔1411,内侧板142,储液槽1421,通孔1422，传力薄板143,侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟深部岩体受力状态的加载装置，其特征在于：包括承载架、柔性胶囊、导管、爆炸载荷模拟发生器和模拟开挖工具；所述承载架具有矩形体形状的空腔，矩形体形状的岩体试件固定于该空腔中，所述柔性胶囊置于所述岩体试件的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间，每一柔性胶囊上设有至少一个导管，高压液体通过该导管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生模拟的高地应力；所述爆炸载荷模拟发生器设置在组成所述空腔的一侧腔壁的外侧，并将产生的三角形液压脉冲载荷经柔性胶囊传导动加载至岩体试件上，使岩体试件内产生模拟爆炸地扰动的应力状态；所述空腔的一垂直腔壁上设有第一操作孔，对应该侧腔壁的柔性胶囊的对应位置上设有贯穿胶囊厚度方向的第二操作孔，开挖工具穿过所述第一、二操作孔对岩体试件进行模拟隧道开挖，使岩体试件产生模拟开挖卸载的应力状态。

【技术特征摘要】
1.一种模拟深部岩体受力状态的加载装置，其特征在于：包括承载架、柔性胶囊、导管、爆炸载荷模拟发生器和模拟开挖工具；所述承载架具有矩形体形状的空腔，矩形体形状的岩体试件固定于该空腔中，所述柔性胶囊置于所述岩体试件的每一侧面和与该侧面相对的空腔腔壁之间，每一柔性胶囊上设有至少一个导管，高压液体通过该导管进入柔性胶囊内，对岩体试件加载，使岩体试件产生模拟的高地应力；所述爆炸载荷模拟发生器设置在组成所述空腔的一侧腔壁的外侧，并将产生的三角形液压脉冲载荷经柔性胶囊传导动加载至岩体试件上，使岩体试件内产生模拟爆炸地扰动的应力状态；所述空腔的一垂直腔壁上设有第一操作孔，对应该侧腔壁的柔性胶囊的对应位置上设有贯穿胶囊厚度方向的第二操作孔，开挖工具穿过所述第一、二操作孔对岩体试件进行模拟隧道开挖，使岩体试件产生模拟开挖卸载的应力状态。
2.根据权利要求1所述的一种模拟深部岩体受力状态的加载装置，其特征在于：所述承载架包括基座、承载框、底板、侧板和顶板；所述基座水平设置，所述承载框为跨骑在基座上的矩形体的框架，该承载框下端与基座连接，所述底板置于承载框所跨骑的基座上，并可在基座上滑动，四个所述侧板置于承载框的四个垂直侧面上，所述的顶板置于承载框的顶部，置于承载框上的顶板、侧板和底板的内侧面相互围拢成所述的空腔；所述第一操作孔设置在与承载框跨骑方向相垂直的一侧板上；所述爆炸载荷模拟发生器设置在所述顶板或侧板的外侧，爆炸载荷模拟发生器产生模拟爆炸载荷通过该顶板或侧板传导到对应一侧的柔性胶囊上，并经柔性胶囊加载到岩体试件上。
3.根据权利要求2所述的一种模拟深部岩体受力状态的加载装置，其特征在于：所述侧板或顶板上设有引出孔，所述柔性胶囊上连接的导管由该引出孔引出。
4.根据权利要求2所述的一种模拟深部岩体受力状态的加载装置，其特征在于：外侧设置有爆炸载荷模拟发生器的顶板或侧板包括外侧板、内侧板和传力薄板；所述外侧板上设有连接孔，所述内侧板上设有储液槽，该储液槽的槽底均布有若干通孔，所述爆炸载荷模拟发生器连接在外侧板的连接孔上，所述传力薄板密封连接在内侧板上储液槽的槽底端，成为所述空腔的腔壁而压触在柔性胶囊上；外侧板密封连接在内侧板上，对内侧板上的储液槽封盖，以形成储液腔。
5.根据权利要求2所述的一种模拟深部岩体受力状态的加载装置，其特征在于：所述爆炸载荷模拟发生器包括加载单元和卸载单元；所述加载单元包括螺母、活塞和设有进气口和卸气口的油缸、所述活塞滑动设置在油缸中，且该活塞的活塞杆伸出所述油缸外旋接所述螺母，使活塞的行程限定在螺母与油缸之间的间距之间，所述油缸的活塞端与所述顶板或侧板上的连接孔连通；所述卸载单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，王源，黄建伟，随亚光，戎晓力，蔡立艮，范鹏贤，王德荣，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32