基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置,包括底座、加载主油缸、加载框架、下压头、上压头以及围压筒机构，还包括大扰动杆，大扰动杆的下端连接内置负荷传感器，大扰动杆的上端连接有支撑板，支撑板的上端连接外置传感器，加载框架具有支撑横梁，还包括扰动油缸，还包括设置在外置传感器中内的扰动力传感器，扰动力传感器的下端对应设有能够作用在大扰动杆上的小扰动杆。本发明专利技术除了可以进行常规的力学加载试验的负荷测试外，还可以通过扰动油缸、小扰动杆和大扰动杆施加轴向的扰动力，满足不同高地应力和动力扰动因素的协同作用要求。

Dynamic disturbance servo three axis loading device and system based on conventional rock testing machine

The invention relates to a dynamic disturbance servo triaxial loading device based on a conventional rock testing machine, which comprises a base, a loading main cylinder, a loading frame, a lower pressure head, an upper pressure head and a confining barrel mechanism. It also includes a large disturbance bar, a built-in load sensor is connected at the lower end of the large disturbance bar, and a support plate is connected at the upper end of the large disturbance bar. The upper end of the supporting plate is connected with an external sensor. The loading frame has a supporting beam, including a disturbance cylinder, and a disturbance force sensor arranged in the external sensor. The lower end of the disturbance force sensor is correspondingly provided with a small disturbance rod which can act on the large disturbance rod. In addition to carrying out load test of conventional mechanical loading test, the invention can also exert axial disturbance force by disturbing cylinder, small disturbance rod and large disturbance rod to meet the requirements of synergistic action of different high geostress and dynamic disturbance factors.

【技术实现步骤摘要】
基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置和系统
本专利技术涉及一种基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置和系统，属岩石力学试验

技术介绍
地球表面由一层厚约60-120公里的岩石覆盖，岩石作为地壳分布最为广泛的天然材料，与土木、采矿、水利等工程领域息息相关。当今世界一些权威学者提出：21世纪是地下空间开发利用的世纪。随着城市规模的不断扩大，土地、水等稀缺资源日益紧张，向地下要空间已经成为推动城市可持续发展、建设具有高防灾减灾水平、构建资源节约型、环境友好型社会和城市的重要举措，在交通建设飞速进行、浅部资源逐渐短缺等时代背景下，深部地下空间的利用、深部矿产资源的开采逐渐向常态化方向发展。然而，深部岩体的开挖力学环境与浅部岩石常规力学加载有明显地不同，“三高一扰动”的提出很好地证明了这一点，即高地应力、高地温、高渗透压及强烈的开采扰动。深部岩体所处的并非单调加载环境，而是经历了临空面形成高应力下的卸载损伤、地温升高、地下水压力和涌出量增加、以及循环多次的外界动力作用(放炮或机械凿岩震动，覆岩断裂冒落、岩爆、微震等)同步、混合的扰动过程，力学加载环境更为复杂。到目前为止，由于人们缺乏深部岩石工程经验，对上述扰动过程中深部岩体力学响应的研究与认识相对不足，使得在深部岩石工程当中对突发性的事故和灾害难以做到有效的预测和控制，工程支护设计无法满足深部岩体工程的安全条件，从而产生岩爆等现象，严重威胁着工程人员的人身安全和工程质量。常规三轴试验机几乎没有可以实现动态扰动加载的功能。鉴于此，本专利技术人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置，满足不同高地应力和动力扰动因素的协同作用要求，从而促进深部岩石力学试验的发展，弥补以往岩石三轴试验机无法满足深部岩石力学试验在扰动部分的功能缺失。本专利技术的另一目的在于提供一种可实现动力扰动与围压的独立、同步控制，可实现高应力环境下受外界动力扰动的力学响应研究，满足不同轴向应力、不同围压以及不同扰动频率、振幅等协同作用要求的基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载系统。为了达到上述目的，本专利技术采用这样的技术方案：基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置,包括底座、设置在底座上的加载主油缸、与底座或者加载主油缸的缸体连接的加载框架、下压头、与下压头配合的上压头以及围压筒机构，上压头与下压头之间形成用于放置岩样的夹持空间，加载主油缸的活塞杆对应下压头设置，还包括穿设在围压筒机构中的大扰动杆，大扰动杆的下端连接内置负荷传感器，大扰动杆的上端连接有支撑板，支撑板的上端连接外置传感器，加载框架具有支撑横梁，外置传感器连接在支撑横梁的下端，还包括扰动油缸，扰动油缸的缸体固定在支撑横梁上，扰动油缸的活塞杆沿竖直方向设置且伸入加载框架中，还包括设置在外置传感器中内的扰动力传感器，扰动力传感器的下端对应设有能够作用在大扰动杆上的小扰动杆，扰动力传感器的上端对应扰动油缸的活塞杆的下端设置，在支撑板上设有通孔，小扰动杆设置在通孔中。作为本专利技术的一种优选方式，所述内置负荷传感器为2000KN的传感器，所述外置传感器为3000KN的传感器，所述扰动力传感器为500KN的传感器。作为本专利技术的一种优选方式，所述加载框架包括底梁、第一纵梁、第二纵梁以及所述支撑横梁，第一纵梁和第二纵梁平行立设在底梁上，所述支撑横梁设置在第一纵梁和第二纵梁上。作为本专利技术的一种优选方式，还包括送样小车，所述底梁上设有供送样小车行走的第一导轨和第二导轨，第一导轨和第二导轨平行设置。作为本专利技术的一种优选方式，所述加载主油缸的活塞杆的上端设有定位插销，在所述送样小车设有与定位插销配合的定位槽。作为本专利技术的一种优选方式，所述下压头固定在所述送样小车上，所述上压头通过连接机构与所述下压头可拆卸地锁定在一起。作为本专利技术的一种优选方式，所述围压筒机构包括可沿所述大扰动杆轴向移动的围压筒和与围压筒连接的加压机构，所述送样小车上设有与围压筒配设的支撑座，围压筒的下端与支撑座通过螺栓锁定在一起，在支撑座上设有定位杆，在围压筒的下端对应设有与定位杆配合的导向槽。作为本专利技术的一种优选方式，所述支撑板为钢板，所述小扰动杆连接在所述扰动力传感器的下端。本专利技术还提出一种基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载系统，包括力学加载系统、数据采集系统以及进行数据处理的应变测量系统，力学加载系统包括底座、设置在底座上的加载主油缸、与底座或者加载主油缸的缸体连接的加载框架、下压头、与下压头配合的上压头以及围压筒机构，上压头与下压头之间形成用于放置岩样的夹持空间，加载主油缸的活塞杆对应下压头设置，还包括穿设在围压筒机构中的大扰动杆，大扰动杆的下端连接内置负荷传感器，大扰动杆的上端连接有支撑板，支撑板的上端连接外置传感器，加载框架具有支撑横梁，外置传感器连接在支撑横梁的下端，还包括扰动油缸，扰动油缸的缸体固定在支撑横梁上，扰动油缸的活塞杆沿竖直方向设置且伸入加载框架中，还包括设置在外置传感器中内的扰动力传感器，扰动力传感器的下端对应设有能够作用在大扰动杆上的小扰动杆，扰动力传感器的上端对应扰动油缸的活塞杆的下端设置，在支撑板上设有通孔，小扰动杆设置在通孔中，内置负荷传感器、外置传感器、扰动力传感器以及围压筒机构均连接至数据采集系统，数据采集系统与应变量系统连接。采用本专利技术的装置，除了可以进行常规的力学加载试验的负荷测试外，还可以通过扰动油缸、小扰动杆和大扰动杆施加轴向的扰动力，满足不同高地应力和动力扰动因素的协同作用要求，从而促进深部岩石力学试验的发展，弥补以往岩石三轴试验机无法满足深部岩石力学试验在扰动部分的功能缺失。附图说明图1为本专利技术基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置的俯视图；图2为图1中A—A向剖视图；图3为本专利技术的侧视图；图4为图2中A处的放大图；图5为本专利技术中频率0.1Hz振幅0.5kN的荷载扰动余弦曲线；图6为本专利技术中频率1Hz振幅3.5mm的位移扰动余弦曲线；图7为本专利技术中频率70Hz振幅0.5kN的荷载扰动余弦曲线；图8为本专利技术中花岗岩扰动至破坏后的图；图9为本专利技术中大理岩扰动至破坏后的图；图中：10-底座20-主加载油缸21-主加载油缸的活塞杆22-定位插销30-加载框架31-第一纵梁32-第二纵梁33-底梁34-支撑横梁35-第一导轨36-第二导轨40-送样小车41-支撑座42-定位槽50-岩样51-下压头52-上压头60-围压筒71-内置负荷传感器72-大扰动杆73-外置传感器74-小扰动杆75-扰动力传感器76-钢板80-扰动油缸81-扰动油缸的活塞杆具体实施方式为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。参照图1至图9，基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置,包括底座10、设置在底座10上的加载主油缸20、与底座10或者加载主油缸20的缸体连接的加载框架30、下压头51、对应下压头51设置的上压头52以及围压筒机构，其中围压筒机构可以现有岩石试验机中的围压筒机构，实施例中，加载框架30连接在主加载油缸20的缸体上。本专利技术中上压头52与下压头51之间形成用于放置岩样50的夹持空间，加载主油缸的活塞杆21沿竖直方向设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置,包括底座、设置在底座上的加载主油缸、与底座或者加载主油缸的缸体连接的加载框架、下压头、与下压头配合的上压头以及围压筒机构，上压头与下压头之间形成用于放置岩样的夹持空间，加载主油缸的活塞杆对应下压头设置，其特征在于：还包括穿设在围压筒机构中的大扰动杆，大扰动杆的下端连接内置负荷传感器，大扰动杆的上端连接有支撑板，支撑板的上端连接外置传感器，加载框架具有支撑横梁，外置传感器连接在支撑横梁的下端，还包括扰动油缸，扰动油缸的缸体固定在支撑横梁上，扰动油缸的活塞杆沿竖直方向设置且伸入加载框架中，还包括设置在外置传感器中内的扰动力传感器，扰动力传感器的下端对应设有能够作用在大扰动杆上的小扰动杆，扰动力传感器的上端对应扰动油缸的活塞杆的下端设置，在支撑板上设有通孔，小扰动杆设置在通孔中。

【技术特征摘要】
1.基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置,包括底座、设置在底座上的加载主油缸、与底座或者加载主油缸的缸体连接的加载框架、下压头、与下压头配合的上压头以及围压筒机构，上压头与下压头之间形成用于放置岩样的夹持空间，加载主油缸的活塞杆对应下压头设置，其特征在于：还包括穿设在围压筒机构中的大扰动杆，大扰动杆的下端连接内置负荷传感器，大扰动杆的上端连接有支撑板，支撑板的上端连接外置传感器，加载框架具有支撑横梁，外置传感器连接在支撑横梁的下端，还包括扰动油缸，扰动油缸的缸体固定在支撑横梁上，扰动油缸的活塞杆沿竖直方向设置且伸入加载框架中，还包括设置在外置传感器中内的扰动力传感器，扰动力传感器的下端对应设有能够作用在大扰动杆上的小扰动杆，扰动力传感器的上端对应扰动油缸的活塞杆的下端设置，在支撑板上设有通孔，小扰动杆设置在通孔中。2.如权利要求1所述的基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置,其特征在于：所述内置负荷传感器为2000KN的传感器，所述外置传感器为3000KN的传感器，所述扰动力传感器为500KN的传感器。3.如权利要求2所述的基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置,其特征在于：所述加载框架包括底梁、第一纵梁、第二纵梁以及所述支撑横梁，第一纵梁和第二纵梁平行立设在底梁上，所述支撑横梁设置在第一纵梁和第二纵梁上。4.如权利要求3所述的基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置,其特征在于：还包括送样小车，所述底梁上设有供送样小车行走的第一导轨和第二导轨，第一导轨和第二导轨平行设置。5.如权利要求4所述的基于常规岩石试验机的动态扰动伺服三轴加载装置,其特征在于：所述加载主油缸的活塞杆的上端设有定位插销，在所述送样小车设有与定位插销配合的定位槽。6.如权利要求5所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙启超，俞缙，陈旭，刘士雨，涂兵雄，蔡燕燕，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35