模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统技术方案

本发明专利技术属于工程岩体的岩石力学测试领域，用于解决现有模拟深地复杂环境下岩石力学测试响应系统的安全与对位难题。本发明专利技术提供一种模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统，包括模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统和MTS三轴传感器对位安装装置，所述MTS三轴传感器对位安装装置配置于模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统之上。本发明专利技术提高MTS三轴力传感器装拆的效率，提高托举的可靠性，同时解决了力传感器对孔安装上的问题，提高了安装效率。

Rock mechanical response testing system for simulating deep complex environment

The invention belongs to the rock mechanics test field of the engineering rock mass, and is used to solve the problem of safety and counterposition of the rock mechanics test response system under the existing simulated deep complex environment. This invention provides a rock mechanics response test system for simulating deep complex environment, including the bearing system of rock mechanics testing in deep earth environment and the installation device of the MTS three axis sensor, and the MTS three axis sensor alignment installation is arranged on the bearing system of the rock mechanics test under the deep environment. The invention improves the efficiency of the loading and dismantling of the MTS three axis force sensor, improves the reliability of the lift, and solves the problem of the installation of the force sensor on the hole, and improves the installation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统
本专利技术属于工程岩体的岩石力学测试领域，用于解决现有模拟深地复杂环境下岩石力学测试响应系统中高温高压荷载传感器的安全与对位难题。
技术介绍
深部工程岩体处于高温、高压、高渗流及动荷载等应力状态及环境之中，深地工程建设需首先获知工程岩体在深地环境中的力学特性，为深部工程建设和安全运营提供依据和基础数据，因此深地工程岩体力学测试至关重要。深地工程岩体力学测试关键在于依托性能良好的岩石力学试验机，美国MTS公司产MTS岩石力学试验机是目前世界上最先进的岩石力学设备之一，也是目前世界范围内使用最多的岩石力学试验系统之一，其高温高压功能是用于测试工程岩体深部环境下力学特性和损伤行为的试验设备之一，高温高压力传感器则是其测控的核心部件。为进行高温高压岩石力学测试，需要经常检测、维护、更换高温高压力传感器。高温高压力传感器位于空间狭小的高温高压压力室腔体内，其下部为排布有高温高压荷载、变形、温度、液压、渗流、超声等系列引线的高温高压底座。由于高温高压力传感器本身质量较重，拆卸和安装时三人才能将传感器托起；由于空间狭小、不能进行肉眼观察，手也无法伸入需拆装的腔体内，操作极为困难；由于连接螺栓顶部O型密封圈与连接孔的密闭挤压作用，导致无法判断拆卸时的螺栓退出状态；由于力传感器与上部刚性柱间不稳定吸力的存在，拆卸时传感器可能突发性坠落；由于力传感器与刚性柱连接结构复杂，连接时要同时保证中心螺纹孔和边缘限位销孔同时对接，安装进程缓慢，持续时间很长。由于托举失稳或者很吸力丧失，传感器可能坠落在三轴室底座上，甚至从三轴室底座或油缸上再次砸落到地面，不仅容易损坏三轴室底部的系列高温高压测控部件、高压油缸及传感器等，还容易对安装人员造成伤害。现有的人工操作方法，操作难度和操作风险极大，操作效率极低，但是，对于深地环境下岩石力学测试中的一大难点和痛点，设备生产商MTS公司并未提供有效的解决方案和产品，导致目前该对设备的高温高压力传感器的安装、拆卸、调试及维护极为困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统。本专利技术采用的技术方案是：模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统，包括MTS三轴试验机以及与MTS三轴试验机连接的控制系统，所述MTS三轴试验机由刚性柱，高温高压三轴室以及三轴室底座组成，所述刚性柱上搭载高温高压三轴室和三轴室底座，所述高温高压三轴室与三轴室底座垂直相对，所述高温高压三轴室中轴线与所述三轴室底座中轴线重合，所述三轴室底座上设置有油压泵，所述高温高压三轴室外配置有加热器，所述控制系统包括用于数据处理的工作站，用于控制工作站和总控制器的手动控制器，所述工作站与手动控制器同时与总控制器连接，所述总控制器用于控制围压控制系统，温度控制系统，渗流控制系统和加载控制系统，所述加载控制系统用于对油源系统的控制，所述尾牙控制系统用于控制围压泵，所述渗流控制系统用于控制水压泵，其特征在于：其特征在于，MTS三轴试验机还包括MTS三轴传感器对位安装装置和模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统，所述MTS三轴传感器对位安装装置搭载在模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统的上方。所述模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统，包括底座、托举座和位于底座与托举座之间的中间连接座；在底座与中间连接座之间设置有液压组件；所述液压组件的活塞端与中间连接座的底部相连接，另一端与底座相连接；所述中间连接座与托举座之间通过一组连接杆相连接；所述托举座包括底板和设置于底板上的侧壁；由侧壁和底板包围形成开口向上的用于容纳MTS高温高压传感器的容置槽；在所述托举座的底板中心设置有沿其轴向贯通底板的操作通道；并在所述托举座的侧壁设置有用于防止MTS高温高压传感器脱离支撑盘的限位装置；所述底座上设置有与MTS液压伺服台的中心对中销适配的通孔；所述MTS三轴传感器对位安装装置包括：用于中心螺纹孔对孔的主杆，用于限位孔对孔的副杆，所述主杆与所述副杆保持水平且主杆和副杆的中心间距等于中心螺纹孔和外围限位孔中心间距，套于主杆外的限位套杆用于保证主杆与所述副杆保持水平且主杆和副杆的中心间距等于中心螺纹孔和外围限位孔中心间距，所述限位套杆为筒形套杆，所述限位套杆上设置有两个牛腿结构上牛腿和下牛腿，所述上牛腿的端部圆孔轴线与下牛腿端部圆孔轴线重合，所述上牛腿的端部圆孔轴线与下牛腿端部圆孔轴线平行于主杆的轴线，所述副杆主体上固定有圆形磁块，所述圆形磁块用于吸附副杆主体外套设的对孔套杆，所述对孔套杆的内径与传感器上设置的限位孔内钢销内径相等，在所述对孔套杆上进行标记，标记出第一刻度线和第二刻度线，所述第一刻度线对应放松或对孔状态，所述第二刻度线对应收缩和寻孔状态，所述副杆由副杆杆头主体和副杆主体构成，所述副杆杆头主体通过弹簧与副杆主体相连。进一步的，所述限位装置包括环绕所述托举座的侧壁均匀分布设置的一组限位螺钉；所述限位螺钉沿托举座的径向穿过托举座的侧壁，并与托举座螺纹配合连接。进一步的，所述液压缸的活塞端连接于中间连接座的中心处。进一步的，在所述液压组件的两侧分别设置有一根肘形支撑件；两根肘形支撑件关于液压缸中心线对称；所述肘形支撑件一端与底座铰接，另一端与中间连接座铰接；且所述肘形支撑件通过两个传动杆铰接而成。进一步的，两根肘形支撑件包围形成平行四边形结构。进一步的，所述液压组件包括支撑座和液压缸；所述支撑座上设置有沿其轴向贯通其底部的空腔，并设置有由其空腔沿其轴向贯通支撑座顶端的通孔，且所述空腔与通孔同轴；所述液压缸的缸体安装于空腔内，其活塞杆穿过通孔与中间连接座的底部相连接。进一步的，所述支撑座为由下至上逐渐内收的圆台状。进一步地，所述副杆主体与上牛腿通过水平柱形销钉固定。进一步地，所述主杆由螺纹杆，光滑圆柱和带水平孔的光滑圆柱构成，所述螺纹杆可旋转进入试验机三轴室内实心刚性柱下端的螺纹孔，所述光滑圆柱位于主杆中部，所述限位套杆套于光滑圆柱上，进一步地，所述主杆上还设置有水平柱形短杆，所述水平柱形短杆穿过主杆的带水平孔的光滑圆柱上设置的圆孔，所述水平柱形短杆在插入带水平孔的光滑圆柱的圆孔后可旋转主杆使螺纹杆进入试验机三轴室内实心刚性柱下端的螺纹孔。进一步地，所述副杆的副杆主体为圆柱杆，副杆上部副杆杆头主体设置有可滚动钢球10，所述副杆杆头主体外径小于外围限位孔内径。进一步地，所述弹簧为圆柱状的压缩弹簧。本专利技术的有益效果是：该承载系统取代人力支撑下进行力传感器拆装，省时省力；对力传感器的承托更加稳定有力，在力传感器通过限位装置锁定位置后，能够对力传感器施加一定的拉力，能有效克服油吸力存在情况下力传感器难以拆卸的困难；通过液压组件实现升降，升降平稳，能够避免振动等因素对传感器的损坏；可靠的限位结构能够有效防止意外情况下力传感器坠落损坏。同时，力传感器与实心刚性柱对孔简单可靠；副杆寻孔成功后，下放对孔套杆，主杆下段插入力传感器中心孔后再旋转力传感器，使对孔套杆能套在力传感器限位销上，即实现了力传感器与实心刚性柱的中心孔与限位孔的对孔。附图说明图1为模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统结构示意图；图2为模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统结构示意图；图3为托举座举座俯视图；图4为支撑座剖视图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统，包括MTS三轴试验机以及与MTS三轴试验机连接的控制系统，所述MTS三轴试验机由刚性柱，高温高压三轴室以及三轴室底座组成，所述刚性柱上搭载高温高压三轴室和三轴室底座，所述高温高压三轴室与三轴室底座垂直相对，所述高温高压三轴室中轴线与所述三轴室底座中轴线重合，所述三轴室底座上设置有油压泵，所述高温高压三轴室外配置有加热器，所述控制系统包括用于数据处理的工作站，用于控制工作站和总控制器的手动控制器，所述工作站与手动控制器同时与总控制器连接，所述总控制器用于控制围压控制系统，温度控制系统，渗流控制系统和加载控制系统，所述加载控制系统用于对油源系统的控制，所述尾牙控制系统用于控制围压泵，所述渗流控制系统用于控制水压泵，其特征在于：MTS三轴试验机还包括MTS三轴传感器对位安装装置(2)和模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统(1)，所述MTS三轴传感器对位安装装置(2)搭载在模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统(1)的上方。

【技术特征摘要】
1.模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统，包括MTS三轴试验机以及与MTS三轴试验机连接的控制系统，所述MTS三轴试验机由刚性柱，高温高压三轴室以及三轴室底座组成，所述刚性柱上搭载高温高压三轴室和三轴室底座，所述高温高压三轴室与三轴室底座垂直相对，所述高温高压三轴室中轴线与所述三轴室底座中轴线重合，所述三轴室底座上设置有油压泵，所述高温高压三轴室外配置有加热器，所述控制系统包括用于数据处理的工作站，用于控制工作站和总控制器的手动控制器，所述工作站与手动控制器同时与总控制器连接，所述总控制器用于控制围压控制系统，温度控制系统，渗流控制系统和加载控制系统，所述加载控制系统用于对油源系统的控制，所述尾牙控制系统用于控制围压泵，所述渗流控制系统用于控制水压泵，其特征在于：MTS三轴试验机还包括MTS三轴传感器对位安装装置(2)和模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统(1)，所述MTS三轴传感器对位安装装置(2)搭载在模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统(1)的上方。2.根据权利要求1所述的模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统，其特征在于：所述模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统(1)，包括：底座(1A)、托举座(3A)和位于底座(1A)与托举座(3A)之间的中间连接座(2A)；在底座(1A)与中间连接座(2A)之间设置有液压组件(4A)；所述液压组件(4A)的活塞端与中间连接座(2A)的底部相连接，另一端与底座(1A)相连接；所述中间连接座(2A)与托举座(3A)之间通过一组连接杆(5A)相连接；所述托举座(3A)包括底板(31A)和设置于底板(31A)上的侧壁(32A)；由侧壁(32A)和底板(31A)包围形成开口向上的用于容纳MTS三轴力传感器的容置槽(33A)；在所述托举座(3A)的底板(31A)中心设置有沿其轴向贯通底板(31A)的操作通道(34A)；并在所述托举座(3A)的侧壁(32A)设置有用于防止MTS三轴力传感器脱离支撑盘(12A)的限位装置；所述底座(1A)上设置有与MTS液压伺服台(7A)的中心对中销适配的通孔(11A)；所述限位装置包括环绕所述托举座(3A)的侧壁(32A)均匀分布设置的一组限位螺钉(35A)；所述限位螺钉(35A)沿托举座(3A)的径向穿过托举座(3A)的侧壁(32A)，并与托举座(3A)螺纹配合连接；所述MTS三轴传感器对位安装装置(2)，包括：用于中心螺纹孔对孔的主杆(2B)，用于限位孔对孔的副杆(14B)，所述主杆(2B)与所述副杆(14B)保持水平且主杆(2B)和副杆(14B)的中心间距等于中心螺纹孔和外围限位孔中心间距，套于主杆(2B)外的限位套杆(3B)用于保证主杆(2B)与所述副杆(14B)保持水平且主杆(2B)和副杆(14B)的中心间距等于中心螺纹孔和外围限位孔中心间距，所述限位套杆(3B)为筒形套杆，所述限位套杆(3B)上设置有两个牛腿结构上牛腿(15B)和下牛腿(16B)，所述上牛腿(15B)的端部圆孔轴线与下牛腿(16B)端部圆孔轴线重合，所述上牛腿(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建锋，王璐，徐慧宁，裴建良，王春萍，雷孝章，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51