用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置，属于岩土工程技术领域。该装置包括框架装置、轴向柔性荷载加压装置、柔性围压加载装置和超声波监测装置，框架装置包括上横梁、底座和刚性立柱，轴向柔性荷载加压装置包括液压千斤顶、升降台、导向杆、压力传感器、橡胶垫块和千分表，柔性围压加载装置包括气囊、导气管、增压器、压力表和压力接头，超声波监测装置包括承压换能器和示波器。该装置可以实现在柔性加载三轴试验过程中土石混合体的实时监测，获取不同加载时刻的声学参数信息，揭示土石混合体的声压相关性和损伤弱化过程，为岩土体室内实验提供一种新的力学参数测试方法。

Three-Axis Flexible Compression Device for Real-time Acoustic Pressure Information Acquisition of Earth-Rock Mixture

The invention provides a triaxial flexible compression device for obtaining real-time sound pressure information of soil-rock mixture, which belongs to the field of geotechnical engineering. The device includes a frame device, an axial flexible loading device, a flexible confining pressure loading device and an ultrasonic monitoring device. The frame device includes an upper beam, a base and a rigid column. The axial flexible loading device includes a hydraulic jack, a lifting platform, a guide rod, a pressure sensor, a rubber pad and a micrometer. The flexible confining pressure loading device includes an air bag, a gas guide pipe, and a booster. Instruments, pressure gauges and pressure joints, and ultrasonic monitoring devices include pressure transducers and oscilloscopes. The device can realize real-time monitoring of soil-rock mixture in the process of triaxial test under flexible loading, acquire the information of acoustic parameters at different loading times, reveal the correlation of sound pressure and the process of damage weakening of soil-rock mixture, and provide a new testing method of mechanical parameters for indoor test of rock and soil.

【技术实现步骤摘要】
用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置
本专利技术涉及岩土工程
，特别是指一种用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置。
技术介绍
近年来，随着我国经济持续稳定发展，各个行业对矿产资源的需求量持续增长。露天开采作为一种基本的开采方式，由于具有高产高效等优点而被越来越多的应用于矿产资源开采中。但是开采期间剥离的土石混合体堆积而成的排土场失稳现象却时有发生，给矿山的安全生产带来极大影响。因此，通过实验研究揭示土石混合体的力学参数变化规律，对于露天矿排土场安全高效作业具有良好的意义。土石混合体是一种内部包含有结构面和节理面的极为不均匀的混合多相地质材料。在室内三轴压缩荷载的作用下，其内部各点的力学参数不同，应力分布差异也较大。因此，其变形破坏受轴压及围压加载方式影响显著。采用柔性边界加载方式可以实现试验中给试样施加均匀、确定的边界力。通过进行土石混合体三轴柔性压缩试验可以获取土石混合体的力学参数，为岩土体室内实验提供一种新的力学参数测试方法。岩体超声波测试技术，是近些年来发展起来的一种新型检测方法。该方法通过测定超声透射岩体后声学信号(如波速、衰减系数、振幅等)的变化来间接地反映岩土体的物理力学参数、应力状态特征及一些结构构造方面的变化。由于超声波检测具有操作简单、检测速度快、受环境影响小、数据结果精度高并可以进行重复检测等特点，因此被广泛应用于室内和现场试验中。但由于它无法获得岩体内部细观结构的实时图像而应用受到限制。通过在试验过程中实时获取岩土体声压信息参数，可以揭示非均匀材料破坏的全过程，进一步为岩土体加固提供理论依据。基于以上需求，专利技术了一种用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置，实现实时获取试样不同加载时刻的声学参数，揭示土石混合体变形破坏过程中的声压相关性和损伤弱化过程。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置，该装置可以用来实现在柔性加载三轴试验过程中土石混合体的实时监测，获取不同加载时刻的声学参数信息，揭示土石混合体的声压相关性和损伤弱化过程，为岩土体室内实验提供一种新的力学参数测试方法。该装置包括框架装置、轴向柔性荷载加压装置、柔性围压加载装置和超声波监测装置，框架装置包括上横梁、底座和刚性立柱，轴向柔性荷载加压装置包括液压千斤顶、升降台、导向杆、压力传感器、橡胶垫块和千分表，柔性围压加载装置包括气囊、导气管、增压器、压力表和压力接头，超声波监测装置包括承压换能器和示波器；刚性立柱通过螺栓与上横梁连接，刚性立柱固定在底座上，升降台上部设置千分表，升降台下方设置液压千斤顶，液压千斤顶置于底座上，橡胶垫块置于试样的顶部和底部，试样顶部的橡胶垫块与轴向压力传感器相连，压力传感器通过导线连接荷载控制器，试样置于塑胶套筒的气囊内，塑胶套筒上部设置塑胶盖，导向杆保证升降台竖向平稳移动，承压换能器置于试样的上表面和下表面，承压换能器紧贴试样，塑胶套筒底部有增压器接口与压力表接口，增压器接口通过导气管和压力接头连接增压器，压力表接口连接压力表，承压换能器通过电缆连接示波器。承压换能器包括锁紧环、换能器底壳、压电陶瓷片、弹簧和密封顶丝，换能器底壳端面内侧与压电陶瓷片紧贴，换能器底壳下端口与压电陶瓷片的一个电极连接，弹簧保证压电陶瓷片与换能器底壳紧密接触，锁紧环和密封顶丝将承压换能器与塑胶盖连接固定。液压千斤顶提供试样的轴向压力，置于塑胶套筒中的气囊提供试样的围向压力，轴向压力直接作用于高强柔性橡胶垫块上，将轴力均匀传递到试样上，气囊将围压均匀施加到试样表面。承压换能器为两个，一个为发射换能器，另一个为接收换能器，分别粘贴于试样的上表面和下表面，并用凡士林或黄油耦合，保证发射换能器和接收换能器的轴线处于同一直线上。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：本专利技术通过气囊为土石混合体施加均匀围压，采用高强度柔性橡胶垫块实现均匀轴压，并将超声波测试换能器紧密连接于试件表面，可以实现在柔性加载三轴试验过程中土石混合体的实时监测，获取不同加载时刻的声学参数信息，揭示岩土体的声压相关性和损伤弱化过程，为岩土体室内实验提供一种新的力学参数测试方法。附图说明图1为本专利技术的用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置结构示意图；图2为本专利技术柔性围压加载装置示意图；图3为本专利技术承压换能器装置示意图。其中：1-螺栓，2-上横梁，3-刚性立柱，4-导向杆，5-升降台，6-底座，7-千分表，8-导线，9-荷载控制器，10-压力传感器，11-橡胶垫块，12-塑胶盖，13-塑胶套筒，14-承压换能器，15-试样，16-压力接头，17-导气管，18-压力表，19-液压千斤顶，20-增压器，21-电缆，22-示波器，23-锁紧环，24-换能器底壳，25-压电陶瓷片，26-弹簧，27-密封顶丝。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置。如图1所示，该装置包括框架装置、轴向柔性荷载加压装置、柔性围压加载装置和超声波监测装置，框架装置包括上横梁2、底座6和刚性立柱3，轴向柔性荷载加压装置包括液压千斤顶19、升降台5、导向杆4、压力传感器10、橡胶垫块11和千分表7，柔性围压加载装置包括气囊、导气管17、增压器20、压力表18和压力接头16，超声波监测装置为承压换能器14；刚性立柱3通过螺栓1与上横梁2连接，刚性立柱3固定在底座6上，升降台5上部设置千分表7，升降台5下方设置液压千斤顶19，液压千斤顶19置于底座6上，橡胶垫块11置于试样15的顶部和底部，试样15顶部的橡胶垫块11与轴向压力传感器10相连，压力传感器10通过导线8连接荷载控制器9，试样15置于塑胶套筒13的气囊内，如图2所示，塑胶套筒13上部设置塑胶盖12，导向杆4保证升降台5竖向平稳移动，承压换能器14置于试样15的上表面和下表面，承压换能器14紧贴试样15，塑胶套筒13底部有增压器接口与压力表接口，增压器接口通过导气管17和压力接头16连接增压器20，压力表接口连接压力表18，承压换能器14通过电缆21连接示波器22。如图3所示，承压换能器14中换能器底壳24端面内侧与压电陶瓷片25紧贴，换能器底壳24下端口与压电陶瓷片25的一个电极连接，弹簧26保证压电陶瓷片25与换能器底壳24紧密接触，锁紧环23和密封顶丝27将承压换能器14与塑胶盖12连接固定。下面结合具体实施例予以说明。在具体实施中，一种用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置，包括框架装置、轴向柔性荷载加压装置、柔性围向加压装置和超声波监测装置。其框架装置包括上横梁2、底座6和刚性立柱3，刚性立柱3通过螺栓1与上横梁2连接。其轴向压力由液压千斤顶19提供，围压通过增压器20向气囊内充入气体以产生一定的压力，进而气囊压力均匀的作用在试样15表面。液压千斤顶19可提供最大轴力为100kN，压缩过程中的轴向力由压力传感器10量测；轴向变形由千分表7量测，精度为0.01mm。试样上下表面的橡胶垫块11具有强度大、易变形特点。当液压千斤顶19提供的轴压作用于该垫块上时，将轴力均匀传递到试样上，提供更为局本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置，其特征在于：包括框架装置、轴向柔性荷载加压装置、柔性围压加载装置和超声波监测装置，框架装置包括上横梁(2)、底座(6)和刚性立柱(3)，轴向柔性荷载加压装置包括液压千斤顶(19)、升降台(5)、导向杆(4)、压力传感器(10)、橡胶垫块(11)和千分表(7)，柔性围压加载装置包括气囊、导气管(17)、增压器(20)、压力表(18)和压力接头(16)，超声波监测装置包括承压换能器(14)和示波器(22)；刚性立柱(3)通过螺栓(1)与上横梁(2)连接，刚性立柱(3)固定在底座(6)上，升降台(5)上部设置千分表(7)，升降台(5)下方设置液压千斤顶(19)，液压千斤顶(19)置于底座(6)上，橡胶垫块(11)置于试样(15)的顶部和底部，试样(15)顶部的橡胶垫块(11)与轴向压力传感器(10)相连，压力传感器(10)通过导线(8)连接荷载控制器(9)，试样(15)置于塑胶套筒(13)的气囊内，塑胶套筒(13)上部设置塑胶盖(12)，导向杆(4)保证升降台(5)竖向平稳移动，承压换能器(14)置于试样(15)的上表面和下表面，承压换能器(14)紧贴试样(15)，塑胶套筒(13)底部有增压器接口与压力表接口，增压器接口通过导气管(17)和压力接头(16)连接增压器(20)，压力表接口连接压力表(18)，承压换能器(14)通过电缆(21)连接示波器(22)。...

【技术特征摘要】
1.一种用于土石混合体实时声压信息获取的三轴柔性压缩装置，其特征在于：包括框架装置、轴向柔性荷载加压装置、柔性围压加载装置和超声波监测装置，框架装置包括上横梁(2)、底座(6)和刚性立柱(3)，轴向柔性荷载加压装置包括液压千斤顶(19)、升降台(5)、导向杆(4)、压力传感器(10)、橡胶垫块(11)和千分表(7)，柔性围压加载装置包括气囊、导气管(17)、增压器(20)、压力表(18)和压力接头(16)，超声波监测装置包括承压换能器(14)和示波器(22)；刚性立柱(3)通过螺栓(1)与上横梁(2)连接，刚性立柱(3)固定在底座(6)上，升降台(5)上部设置千分表(7)，升降台(5)下方设置液压千斤顶(19)，液压千斤顶(19)置于底座(6)上，橡胶垫块(11)置于试样(15)的顶部和底部，试样(15)顶部的橡胶垫块(11)与轴向压力传感器(10)相连，压力传感器(10)通过导线(8)连接荷载控制器(9)，试样(15)置于塑胶套筒(13)的气囊内，塑胶套筒(13)上部设置塑胶盖(12)，导向杆(4)保证升降台(5)竖向平稳移动，承压换能器(14)置于试样(15)的上表面和下表面，承压换能器(14)紧贴试样(15)，塑胶套筒(13)底部有增压器接口与压力表接口，增压器接口通过导气管(17)和压力接头(16...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，李长洪，乔趋，肖永刚，王华建，霍文静，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11