一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机制造技术

本实用新型专利技术提供一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，包括基座，基座上固定两立柱和反力厚壁，反力厚壁内侧安放环状油压囊且厚壁内安装油压传感器，油压囊环绕圆柱状泥岩试样，基座上固定底部压力轴，底部压力轴上端连接底部轴向压板，泥岩试样支撑于底部轴向压板，泥岩试样上端被顶部轴向压板覆盖，顶部轴向压板上部连接顶部压力轴下端，顶部压力轴上端连接升降台，升降台架于升降机上，所述顶部压力轴上安装有压力传感器，载台底端装有位移传感器，烘箱内设有电热管，一体机还包括压力水管、计算机和CT扫描仪，压力水管接入油压囊和泥岩试样间隙。本实用新型专利技术可在真实应力条件下进行干湿循环崩解及三轴试验，揭示泥岩的力学响应。

A kind of integrated machine suitable for mudstone dry wet cycle test and triaxial test

【技术实现步骤摘要】
一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机
本技术涉及岩土工程
，尤其涉及一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机。
技术介绍
在干湿循环条件下，泥岩通常表现出明显的遇水崩解、溶蚀、泥化、失水干裂等特性，极易引发相应的工程问题，因而引起人们的广泛关注。泥岩干湿循环崩解试验研究已经较为普遍，国内外不少学者均开展过相关研究，不仅从宏观和微观层面揭示了泥岩崩解机理，还提出系列量化指标用于定量表征泥岩崩解机制及崩解程度，服务工程实践。目前该类试验的操作方法存在一个共同特点，即首先将泥岩切割成块状，然后在无侧限压力下进行干湿循环。然而，纵观三峡库区巴东段的红层泥岩岸坡失稳事件可以发现，泥岩库岸经受库水位周期性升降而长期处于干湿循环状态，崩解、泥化等现象十分突出，由于原生裂隙的存在，干湿循环可逐步向纵深方向发展，导致表层以下的泥质岩亦遭受崩解软化，并最终可在重力及外部环境作用下形成深部软弱面从而诱发库岸滑坡。表明库岸泥岩的干湿循环过程并非完全是在无侧限压力条件下进行的。尤其就泥岩库岸滑坡来看，其滑带、滑床部位的岩体必然是在原有地应力条件下经历周期性干湿循环，并逐步发生弱化，从而构成库岸边坡独特的演化过程机制。显然，现有的无侧限干湿循环崩解试验方法已经难以符合库岸泥岩的真实力学条件。此外，研究泥岩在干湿循环过程中的力学特性变化也是十分关键，可有助于全面掌握水库泥岩岸坡在原有应力条件及干湿循环条件下的力学响应，指导灾害防治工作。目前来说，三轴试验是研究岩石力学特性的比较可靠和成熟的试验方法，然而这项试验技术并没有很好地与泥岩干湿循环试样有机结合为同一套试验体系。因此，基于上述两点不足，本技术意图在实现泥岩试样干湿循环的基础上，设计出一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，以弥补以往试验方法的不足。
技术实现思路
本技术提供了一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，该装备不仅可为泥岩试验提供真实应力下的干湿循环条件，还可实现泥岩干湿循环过程的三轴试验。该装备同时配备CT扫描仪，可对干湿循环过程中岩样的各断面进行实时扫描，记录各循环次数下岩样的崩解碎裂状况，分析试样粒径级配，亦可在三轴试验时探测岩样内部裂纹的扩展规律。此外，该设备还配套了计算机伺服控制系统，能够通过调控液压升降台和油泵实时地调节施加给试验样的三轴压力和加载速率，计算机亦可发出指令调控水泵进水，调节电热管温度，以及操控CT扫描仪。设备同时满足低成本，便捷高效，可研性强等经济和技术要求。实现本技术目的所采用的技术方案为，一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，至少包括试验筒、液压升降系统、油压加载系统、计算机监测控制系统以及框架五个部分。所述的试验筒位于框架正中，由框架基座、桶状反力厚壁、烘箱盖板所围限，其部件主要包括烘箱盖板、轴向压板、挡水板、电热管、油压囊、压力水管、桶状反力厚壁。液压升降系统主要由液压升降机、变频器、升降台、连轴载台以及压力轴组成，其中压力轴末端与顶部的轴向压板相焊形成一个整体，可在液压升降机的带动下对试样进行轴向加压。压力轴中部与烘箱盖板相焊接，盖板与顶部压板以及边侧的反力厚壁恰可围限成为烘箱空间。油压加载系统由油泵、油压管和油压囊组成，其中油泵受计算机进行指令性操控，油压管穿过桶状反力厚壁，与油压囊相连，可往囊内泵入液压油，施加油压。计算机监测控制系统可实现人机交互，实验人员可通过计算机对试验过程进行操控，同时通过计算机来储存和反馈试验监测数据。该系统主要包括实验专用计算机、轴向位移传感器、轴向压力传感器、油压传感器、水泵以及CT扫描仪等部件。框架由基座和立柱构成，基座固定在水泥地面，两端架有立柱，立柱上端安装有液压升降机。桶状反力厚壁嵌入基座，基座中部安装有底轴载台，底轴与其相连并与底部的轴向压板相焊接，可安放试样。所述烘箱盖板为圆盘形，盖板边缘通过盖板滚珠与桶状反力厚壁的内侧面光滑接触，盖板中部与压力轴中部相焊接，因此可在液压升降机的带动下沿厚壁内侧面上下移动。盖板与顶部的轴向压板以及边侧的反力厚壁恰可围限成为上部烘箱，且盖板底面布设有电热管，因此可给上部烘箱升温，盖板面还开有排气孔，有利于烘焙干燥过程的湿气外排。此外，压力水管亦可从盖板内穿出，与外部的水泵相连接。所述轴向压板分为顶部轴向压板和底部轴向压板，其中顶部轴向压板与顶部轴向压板末端相焊接，因此可在液压升降机的带动下对试样进行轴向加压。底部的轴向压板与底轴相焊接，位置保持不变，与基座、桶状反力厚壁可围限成下部烘箱。压板面呈圆盘状，尺寸与烘箱盖板相同，边缘通过压板滚珠与桶状反力厚壁的内侧面光滑接触。压板面大于圆柱状试样的轴面，试样轴面居中与压板面相接触，压板与试样轴面相重合的部分开有蒸发孔，可使试样内的水分在干燥过程中蒸发出来，加快干燥速率。压板面与试样轴面重合之外的部分呈环状，并且与油压囊接触，紧靠试样外圈部位的压板内通有压力水管，可使水体泵入油压囊与试样之间的间隙中。所述挡水板呈圆盘状，通过升降器安装在与压板相连的压力轴上，可由计算机操控升降器，使挡水板上下移动。当水体泵入进行湿润试样时，可将上部挡水板下移，下部挡水板上移，从而封住压板上的蒸发孔，防止水体从中溢出。当水体抽挤排出，进行试样干燥时，则将上部挡水板上移，下部挡水板下移，从而敞开蒸发孔，使水分蒸发出来。所述电热管布设于上部烘箱的盖板底面和下部烘箱的基座顶面，主要用于排出水过后提高烘箱内的温度，促进湿试样的干燥速率。电热管的温度可由计算机进行调控。所述油压囊呈桶状套在试样外围，油压囊外圈紧贴桶状反力厚壁的内侧面，且与油压管相连。油压管穿过反力厚壁，与油泵连接，因此，通过计算机操控油泵可将油压泵入油压囊，起到给圆柱试样施加侧向压力的作用。所述压力水管外端与水泵相连，末端分别穿透顶部轴向压板和底部轴向压板，且紧靠试样外圈，用于在湿润试样环节将水体注入油压囊与试样之间的间隙。其中，上部的压力水管还从盖板内穿出，与外部的水泵相连接。由于水泵是由计算机进行伺服控制，因此在注入水体的过程中，需保证油烟囊压力和水压力的协调性，确保两者之间的动态平衡，使施加给试样的侧向压力保持稳定不变。所述桶状反力厚壁为刚性材质，呈桶状安装在基座上，其内侧表面较为光滑，与烘箱盖板、压板均通过滚珠光滑接触。厚壁与油压囊接触的部位等间距安装有油压传感器，用于实时监测囊内的油压，即施加给试样的侧向压力。油压管以及底部的压力水管已从厚壁中传出，分别于油泵和水泵相连。厚壁下端开有底部排气孔，可使下部烘箱内的湿气外排。所述液压升降机安装于框架两端的立柱上，主要是在变频器的调节下带动升降台上下移动，在装样时抬升使得有足够的空间放样，试验时下降可对试样进行轴向加载。且全程均可由计算机进行指令性操作。所述变频器主要用于控制液压升降机的升降速率和升降高度，并直接由计算机发出指令进行操控。所述液压升降台架于液压升降机上，在变频器的调控下，液压升降机可带动升降台上下移动。升降台底面正中焊有连轴载台，顶部轴向压板与载台相连，因而与升降台构成一个整体，可随升降台上下移动，并将轴向压力通过压力轴传递给轴向压板进而给试样施加轴向荷载。所述压力轴分为顶轴和底轴，其中顶轴末端与顶部的轴向压板相焊形成一个整体，可在液压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，其特征在于：包括基座和两立柱，两所述立柱固定于所述基座上，两所述立柱之间所述基座上固定有筒状的反力厚壁，所述反力厚壁内安放环状油压囊且二者之间间隙安装油压传感器，所述油压囊套在圆柱状泥岩试样外围且紧贴所述反力厚壁内壁，所述油压囊连接油压管一端，所述油压管另一端穿过所述反力厚壁且连接油泵，所述基座上固定底部压力轴，所述底部压力轴上端连接底部轴向压板，所述泥岩试样下端支撑于所述底部轴向压板，所述泥岩试样上端被顶部轴向压板覆盖，所述顶部轴向压板上部连接顶部压力轴下端，所述顶部压力轴上端连接液压升降机，所述液压升降机固定于两所述立柱上，所述顶部压力轴上安装有轴向压力传感器和轴向位移传感器，所述反力厚壁内设有电热管，所述一体机还包括压力水管、CT扫描仪和计算机，所述压力水管一端接入所述油压囊内壁和泥岩试样之间间隙，另一端连接水泵，所述CT扫描仪设置于所述反力厚壁侧方用于扫描泥岩试样截面，所述计算机分别连接所述油压传感器、所述轴向压力传传感器、所述轴向位移传感器、所述油泵、所述水泵和CT扫描仪，所述计算机由所述CT扫描仪获取扫描信息并拼凑形成泥岩试样崩解裂纹发展图。...

【技术特征摘要】
2018.06.12 CN 201810603030X1.一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，其特征在于：包括基座和两立柱，两所述立柱固定于所述基座上，两所述立柱之间所述基座上固定有筒状的反力厚壁，所述反力厚壁内安放环状油压囊且二者之间间隙安装油压传感器，所述油压囊套在圆柱状泥岩试样外围且紧贴所述反力厚壁内壁，所述油压囊连接油压管一端，所述油压管另一端穿过所述反力厚壁且连接油泵，所述基座上固定底部压力轴，所述底部压力轴上端连接底部轴向压板，所述泥岩试样下端支撑于所述底部轴向压板，所述泥岩试样上端被顶部轴向压板覆盖，所述顶部轴向压板上部连接顶部压力轴下端，所述顶部压力轴上端连接液压升降机，所述液压升降机固定于两所述立柱上，所述顶部压力轴上安装有轴向压力传感器和轴向位移传感器，所述反力厚壁内设有电热管，所述一体机还包括压力水管、CT扫描仪和计算机，所述压力水管一端接入所述油压囊内壁和泥岩试样之间间隙，另一端连接水泵，所述CT扫描仪设置于所述反力厚壁侧方用于扫描泥岩试样截面，所述计算机分别连接所述油压传感器、所述轴向压力传传感器、所述轴向位移传感器、所述油泵、所述水泵和CT扫描仪，所述计算机由所述CT扫描仪获取扫描信息并拼凑形成泥岩试样崩解裂纹发展图。2.如权利要求1所述的一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，其特征在于：所述液压升降机连接变频器，所述变频器连接并受控于所述计算机。3.如权利要求1所述的一种适用于泥岩干湿循环试验和三轴试验的一体机，其特征在于：所述基座上所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志强，唐辉明，杨迎铭，温韬，邹宗兴，谭钦文，黄磊，申培武，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北,42