模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统技术方案

本发明专利技术属于流变试验系统技术领域，具体提供了包括三轴压缩流变试验系统、单轴压缩流变试验系统、单轴拉伸流变试验系统的一系列模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，所述高精度流变试验系统包括相互连接的试样安装组件、加载机构以及分别与试样安装组件、加载机构连接进行供液的液压站模块。本发明专利技术提供的高精度流变试验系统，将负载自重形成的稳压荷载通过液压设备传递至试样，在稳压过程中不再需要电力保证施加荷载的恒定，适用于长历时稳载需求，不仅能够确保加载过程中施加小吨位或小应力到大吨位或大应力条件的连续，而且解决了保持长期加载条件下加载稳定性的问题，使测量更加便捷，测量结果更加可靠。

【技术实现步骤摘要】
模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统
本专利技术涉及流变试验系统
，具体的说，是包括三轴压缩流变试验系统、单轴压缩流变试验系统、单轴拉伸流变试验系统的一系列模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统。
技术介绍
任何材料在荷载作用下，随时间发展，均会不断发生变形；随温度增加，会导致材料在恒定荷载下的变形速率增加，从而导致材料力学性质劣化。而且，在水渗流作用下，会进一步加速材料变形和力学性质劣化进程。材料的流变特性直接决定了材料的长期力学性能，特别是对于深埋地下的岩体工程，围岩在深埋高温、高应力与高渗流压力等“三高”复杂耦合的强湿热环境下，岩石呈现更加显著的强流变时效特征，直接决定了工程围岩的长期稳定性，需要通过试验获得岩石可靠的流变力学特性，而其关键在于如何确保在测试过中测试条件的恒定。岩石作为天然地质材料，深埋岩石工程的围岩通常是新鲜岩体，其承载能力通常较大，在侧向应力作用下，其承载能力大大提升，因此测试过程中不仅需要保证侧向应力恒定，更需要对沿试件竖向保证大吨位荷载恒定。受时间效应影响，在测试过程中，侧向应力或轴向荷载微小的波动，均会导致岩石长期流变变形发生显著突变性变化，该影响有可能会导致对被测试岩石的长期力学行为的误判。因此，如何保证实验开始后的长时间段测试过程中的前述测试条件恒定和不发生改变，是确保岩石流变试验成果有效性的关键。目前，流变试验的轴向荷载多是通过电路控制或手动控制液压的方式施加大吨位荷载，并分别依靠电源电力保证施加荷载的恒定。然而，电源控制方式下，断电会导致加载中断；由于岩石是在持续发生变形，而液压加载由于不能及时向承载的压力腔体内补充液体介质，导致液体压力下降，从而引起施加的荷载降低，不能保证在长期加载条件下的荷载或应力恒定。此外，现有重力加载方式，主要依靠杠杆臂的力矩臂输出大吨位荷载，这又导致荷载是从特定某一值开始施加，无法实现同一个试件在试验过程中的低吨位小荷载到大吨位大荷载的连续施加。综上可知，现有的实验方法不能确保流变试验过程中侧向应力和轴向荷载的恒定与可靠，以及荷载的连续施加。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一系列能长历时稳载的高精度流变试验系统，将负载自重形成的稳压荷载通过液压设备传递至试样，在稳压过程中不再需要电力保证施加荷载的恒定，适用于长历时稳载需求，不仅能够确保加载过程中施加小吨位或小应力到大吨位或大应力条件的连续，而且解决了保持长期加载条件下加载稳定性的问题，使测量更加便捷，测量结果更加可靠。基于由负载自重形成稳压荷载并通过液压设备传递至试样这一相同技术构思，本专利技术提供了三大类能长历时稳载的高精度流变试验系统的技术方案。第一类：三轴压缩流变试验系统；第二类：单轴压缩流变试验系统；第三类：单轴拉伸流变试验系统。本专利技术中“三轴压缩流变试验系统”与“单轴压缩流变试验系统”的主要区别在于：三轴压缩流变试验系统可能根据实际需要向试样提供轴向加载、侧向加载。而“单轴压缩流变试验系统”与“单轴拉伸流变试验系统”的主要区别在于：单轴压缩流变试验系统的试样安装组件主要是向试样提供使其进一步压缩的轴向载荷，单轴拉伸流变试验系统的试样安装组件主要是向试样提供使其进一步拉伸的轴向载荷。本专利技术通过下述技术方案实现。一、模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，所述流变试验系统为三轴压缩流变试验系统；所述三轴压缩流变试验系统包括相互连接的试样安装组件、加载机构以及分别与试样安装组件、加载机构连接进行供液的液压站模块；所述试样安装组件包括安装机架和从上到下依次安装在安装机架中的载荷传感器、试样夹持组件、轴向加载油缸；所述试样夹持组件设置有用于夹持试样的试样安装腔，且所述试样夹持组件的顶部通过载荷传感器安装在安装机架上，所述试样夹持组件的底部与轴向加载油缸的轴向加载活塞连接；所述加载机构包括与轴向加载油缸液压连接的轴向加载组件、与试样夹持组件液压连接的侧向加载组件和加载机架；所述轴向加载组件包括轴向省力轮单元、轴向稳压第一传动轮、轴向稳压第二传动轮、轴向稳压传动绳、轴向稳压液动组件、轴向稳压负载平台、轴向稳压砝码；所述轴向稳压液动组件的固定端安装在加载机架上，轴向稳压液动组件的活动端与轴向省力轮单元的传力端连接；所述轴向稳压传动绳一端缠绕在轴向省力轮单元上、另一端依次通过轴向稳压第一传动轮、轴向稳压第二传动轮连接在用于承托轴向稳压砝码的轴向稳压负载平台上；所述侧向加载组件包括侧向省力轮单元、侧向稳压第一传动轮、侧向稳压第二传动轮、侧向稳压传动绳、侧向稳压液动组件、侧向稳压负载平台、侧向稳压砝码；所述侧向稳压液动组件的固定端安装在加载机架上，侧向稳压液动组件的活动端与侧向省力轮单元的传力端连接；所述侧向稳压传动绳一端缠绕在侧向省力轮单元上、另一端依次通过侧向稳压第一传动轮、侧向稳压第二传动轮连接在用于承托侧向稳压砝码的侧向稳压负载平台上；所述液压站模块包括总液压缸，总液压缸各通过一组油路与轴向加载油缸、轴向稳压油缸、侧向稳压油缸液压连接；能够与轴向加载油缸内腔连通的轴向稳压油缸还通过一根油路与轴向加载油缸液压连接，轴向加载油缸的稳压出油口位于轴向加载油缸的稳压加载出油腔，且轴向加载油缸的稳压进油口位于轴向加载油缸的稳压加载进油腔；能够与试样夹持组件的试样安装腔连通的侧向稳压油缸还通过一根油路与试样夹持组件液压连接。二、模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，所述流变试验系统为单轴压缩流变试验系统；所述单轴压缩流变试验系统包括相互连接的试样安装组件、加载机构以及分别与试样安装组件、加载机构连接进行供液的液压站模块；所述试样安装组件包括安装机架和从上到下依次安装在安装机架中的载荷传感器、试样夹持组件、轴向加载油缸；所述试样夹持组件设置有用于夹持试样的试样安装腔，且所述试样夹持组件的顶部通过载荷传感器安装在安装机架上，所述试样夹持组件的底部与轴向加载油缸的轴向加载活塞连接；所述加载机构包括与轴向加载油缸液压连接的轴向加载组件；所述轴向加载组件包括轴向省力轮单元、轴向稳压第一传动轮、轴向稳压第二传动轮、轴向稳压传动绳、轴向稳压液动组件、轴向稳压负载平台、轴向稳压砝码；所述轴向稳压液动组件的固定端安装在加载机架上，轴向稳压液动组件的活动端与轴向省力轮单元的传力端连接；所述轴向稳压传动绳一端缠绕在轴向省力轮单元上、另一端依次通过轴向稳压第一传动轮、轴向稳压第二传动轮连接在用于承托轴向稳压砝码的轴向稳压负载平台上；所述液压站模块包括总液压缸，总液压缸各通过一组油路与轴向加载油缸、轴向稳压油缸液压连接；能够与轴向加载油缸内腔连通的轴向稳压油缸还通过一根油路与轴向加载油缸液压连接，轴向加载油缸的稳压出油口位于轴向加载油缸的稳压加载出油腔，且轴向加载油缸的稳压进油口位于轴向加载油缸的稳压加载进油腔。三、模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，所述流变试验系统为单轴拉伸流变试验系统；所述单轴拉伸流变试验系统包括相互连接的试样安装组件、加载机构以及分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述流变试验系统为三轴压缩流变试验系统；所述三轴压缩流变试验系统包括相互连接的试样安装组件、加载机构以及分别与试样安装组件、加载机构连接进行供液的液压站模块；/n所述试样安装组件包括安装机架（1）和从上到下依次安装在安装机架（1）中的载荷传感器（2）、试样夹持组件、轴向加载油缸（7）；所述试样夹持组件设置有用于夹持试样的试样安装腔，且所述试样夹持组件的顶部通过载荷传感器（2）安装在安装机架（1）上，所述试样夹持组件的底部与轴向加载油缸（7）的轴向加载活塞（6）连接；/n所述加载机构包括与轴向加载油缸（7）液压连接的轴向加载组件、与试样夹持组件液压连接的侧向加载组件和加载机架（10）；/n所述轴向加载组件包括轴向省力轮单元、轴向稳压第一传动轮（21）、轴向稳压第二传动轮（22）、轴向稳压传动绳（23）、轴向稳压液动组件、轴向稳压负载平台（24）、轴向稳压砝码（30）；所述轴向稳压液动组件的固定端安装在加载机架（10）上，轴向稳压液动组件的活动端与轴向省力轮单元的传力端连接；所述轴向稳压传动绳（23）一端缠绕在轴向省力轮单元上、另一端依次通过轴向稳压第一传动轮（21）、轴向稳压第二传动轮（22）连接在用于承托轴向稳压砝码（30）的轴向稳压负载平台（24）上；/n所述侧向加载组件包括侧向省力轮单元、侧向稳压第一传动轮（21-1）、侧向稳压第二传动轮（22-1）、侧向稳压传动绳（23-1）、侧向稳压液动组件、侧向稳压负载平台（24-1）、侧向稳压砝码（30-1）；所述侧向稳压液动组件的固定端安装在加载机架（10）上，侧向稳压液动组件的活动端与侧向省力轮单元的传力端连接；所述侧向稳压传动绳（23-1）一端缠绕在侧向省力轮单元上、另一端依次通过侧向稳压第一传动轮（21-1）、侧向稳压第二传动轮（22-1）连接在用于承托侧向稳压砝码（30-1）的侧向稳压负载平台（24-1）上；/n所述液压站模块包括总液压缸（11-1），总液压缸（11-1）各通过一组油路与轴向加载油缸（7）、轴向稳压油缸（13）、侧向稳压油缸（13-1）液压连接；能够与轴向加载油缸（7）内腔连通的轴向稳压油缸（13）还通过一根油路与轴向加载油缸（7）液压连接，轴向加载油缸（7）的稳压出油口位于轴向加载油缸（7）的稳压加载出油腔，且轴向加载油缸（7）的稳压进油口位于轴向加载油缸（7）的稳压加载进油腔；能够与试样夹持组件的试样安装腔连通的侧向稳压油缸（13-1）还通过一根油路与试样夹持组件液压连接。/n...

【技术特征摘要】
1.模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述流变试验系统为三轴压缩流变试验系统；所述三轴压缩流变试验系统包括相互连接的试样安装组件、加载机构以及分别与试样安装组件、加载机构连接进行供液的液压站模块；
所述试样安装组件包括安装机架（1）和从上到下依次安装在安装机架（1）中的载荷传感器（2）、试样夹持组件、轴向加载油缸（7）；所述试样夹持组件设置有用于夹持试样的试样安装腔，且所述试样夹持组件的顶部通过载荷传感器（2）安装在安装机架（1）上，所述试样夹持组件的底部与轴向加载油缸（7）的轴向加载活塞（6）连接；
所述加载机构包括与轴向加载油缸（7）液压连接的轴向加载组件、与试样夹持组件液压连接的侧向加载组件和加载机架（10）；
所述轴向加载组件包括轴向省力轮单元、轴向稳压第一传动轮（21）、轴向稳压第二传动轮（22）、轴向稳压传动绳（23）、轴向稳压液动组件、轴向稳压负载平台（24）、轴向稳压砝码（30）；所述轴向稳压液动组件的固定端安装在加载机架（10）上，轴向稳压液动组件的活动端与轴向省力轮单元的传力端连接；所述轴向稳压传动绳（23）一端缠绕在轴向省力轮单元上、另一端依次通过轴向稳压第一传动轮（21）、轴向稳压第二传动轮（22）连接在用于承托轴向稳压砝码（30）的轴向稳压负载平台（24）上；
所述侧向加载组件包括侧向省力轮单元、侧向稳压第一传动轮（21-1）、侧向稳压第二传动轮（22-1）、侧向稳压传动绳（23-1）、侧向稳压液动组件、侧向稳压负载平台（24-1）、侧向稳压砝码（30-1）；所述侧向稳压液动组件的固定端安装在加载机架（10）上，侧向稳压液动组件的活动端与侧向省力轮单元的传力端连接；所述侧向稳压传动绳（23-1）一端缠绕在侧向省力轮单元上、另一端依次通过侧向稳压第一传动轮（21-1）、侧向稳压第二传动轮（22-1）连接在用于承托侧向稳压砝码（30-1）的侧向稳压负载平台（24-1）上；
所述液压站模块包括总液压缸（11-1），总液压缸（11-1）各通过一组油路与轴向加载油缸（7）、轴向稳压油缸（13）、侧向稳压油缸（13-1）液压连接；能够与轴向加载油缸（7）内腔连通的轴向稳压油缸（13）还通过一根油路与轴向加载油缸（7）液压连接，轴向加载油缸（7）的稳压出油口位于轴向加载油缸（7）的稳压加载出油腔，且轴向加载油缸（7）的稳压进油口位于轴向加载油缸（7）的稳压加载进油腔；能够与试样夹持组件的试样安装腔连通的侧向稳压油缸（13-1）还通过一根油路与试样夹持组件液压连接。


2.根据权利要求1所述的模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述试样夹持组件包括共同形成一个试样安装腔的上部传力柱（3-1）、下部传力柱（3-2）、压力腔外壳（5-1）、压力腔底座（5-2）；所述上部传力柱（3-1）的顶端通过载荷传感器（2）安装在安装机架（1）上，且所述上部传力柱（3-1）的底端伸入压力腔外壳（5-1）与压力腔外壳（5-1）滑动连接；所述下部传力柱（3-2）安装在压力腔底座（5-2）的顶面，且所述压力腔底座（5-2）的底面与轴向加载油缸（7）的轴向加载活塞（6）连接；所述压力腔外壳（5-1）、压力腔底座（5-2）可拆卸连接。


3.根据权利要求1所述的模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述轴向稳压液动组件包括轴向稳压油缸（13），所述轴向稳压油缸（13）的轴向稳压油缸底座（14）直接安装在加载机架（10）上；所述轴向稳压油缸（13）的轴向稳压活塞（12）向上伸出且与轴向省力轮单元的传力端连接；
所述侧向稳压液动组件包括侧向稳压油缸（13-1），所述侧向稳压油缸（13-1）的侧向稳压油缸底座（14-1）直接安装在加载机架（10）上；所述侧向稳压油缸（13-1）的侧向稳压活塞（12-1）向上伸出且与侧向省力轮单元的传力端连接。


4.根据权利要求1所述的模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述轴向稳压液动组件包括轴向稳压油缸（13）、轴向稳压导向柱（16）、轴向稳压连接板（17）、轴向稳压承压板（31）、轴向稳压固定柱（32）；所述轴向稳压承压板（31）通过轴向稳压固定柱（32）安装在加载机架（10）上；所述轴向稳压油缸（13）的轴向稳压油缸底座（14）安装在轴向稳压导向柱（16）的底端，且轴向稳压导向柱（16）的顶端穿过轴向稳压承压板（31）与轴向稳压连接板（17）连接；所述轴向稳压油缸（13）的轴向稳压活塞（12）向上伸出且连接在上方的轴向稳压承压板（31）上；所述轴向稳压连接板（17）与上方的轴向省力轮单元的传力端连接；
所述侧向稳压液动组件包括侧向稳压油缸（13-1）、侧向稳压导向柱（16-1）、侧向稳压连接板（17-1）、侧向稳压承压板（31-1）、侧向稳压固定柱（32-1）；所述侧向稳压承压板（31-1）通过侧向稳压固定柱（32-1）安装在加载机架（10）上；所述侧向稳压油缸（13-1）的侧向稳压油缸底座（14-1）安装在侧向稳压导向柱（16-1）的底端，且侧向稳压导向柱（16-1）的顶端穿过侧向稳压承压板（31-1）与侧向稳压连接板（17-1）连接；所述侧向稳压油缸（13-1）的侧向稳压活塞（12-1）向上伸出且连接在上方的侧向稳压承压板（31-1）上；所述侧向稳压连接板（17-1）与上方的侧向省力轮单元的传力端连接。


5.根据权利要求1所述的模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述轴向稳压液动组件包括轴向稳压油缸（13）、轴向稳压导向柱（16）、轴向稳压连接板（17）、轴向稳压承压板（31）、轴向稳压固定柱（32）；所述轴向稳压油缸（13）的轴向稳压油缸底座（14）通过轴向稳压固定柱（32）安装在加载机架（10）上；所述轴向稳压油缸（13）的轴向稳压活塞（12）向下伸出且连接在下方的轴向稳压承压板（31）上；所述轴向稳压承压板（31）安装在轴向稳压导向柱（16）的底端，且轴向稳压导向柱（16）的顶端穿过轴向稳压油缸底座（14）与轴向稳压连接板（17）连接；所述轴向稳压连接板（17）与上方的轴向省力轮单元的传力端连接；
所述侧向稳压液动组件包括侧向稳压油缸（13-1）、侧向稳压导向柱（16-1）、侧向稳压连接板（17-1）、侧向稳压承压板（31-1）、侧向稳压固定柱（32-1）；所述侧向稳压油缸（13-1）的侧向稳压油缸底座（14-1）通过侧向稳压固定柱（32-1）安装在加载机架（10）上；所述侧向稳压油缸（13-1）的侧向稳压活塞（12-1）向下伸出且连接在下方的侧向稳压承压板（31-1）上；所述侧向稳压承压板（31-1）安装在侧向稳压导向柱（16-1）的底端，且侧向稳压导向柱（16-1）的顶端穿过侧向稳压油缸底座（14-1）与侧向稳压连接板（17-1）连接；所述侧向稳压连接板（17-1）与上方的侧向省力轮单元的传力端连接。


6.根据权利要求1-5任一项所述的模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述轴向省力轮单元包括上方的轴向稳压定位轮组（20）、下方的轴向稳压分力轮组（19）、安装在轴向稳压分力轮组（19）顶部的第一挂钩；一根轴向稳压传动绳（23）的一端连接在第一挂钩上、另一端绕过轴向稳压定位轮组（20）和轴向稳压分力轮组（19）后依次通过轴向稳压第一传动轮（21）、轴向稳压第二传动轮（22）连接在用于承托轴向稳压砝码（30）的轴向稳压负载平台（24）上；
所述侧向省力轮单元包括上方的侧向稳压定位轮组（20-1）、下方的侧向稳压分力轮组（19-1）、安装在侧向稳压分力轮组（19-1）顶部的第二挂钩；一根侧向稳压传动绳（23-1）的一端连接在第二挂钩上、另一端绕过侧向稳压定位轮组（20-1）和侧向稳压分力轮组（19-1）后依次通过侧向稳压第一传动轮（21-1）、侧向稳压第二传动轮（22-1）连接在用于承托侧向稳压砝码（30-1）的侧向稳压负载平台（24-1）上。


7.根据权利要求6所述的模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述轴向稳压定位轮组（20）主要由上方的轴向稳压定滑轮一、下方的轴向稳压定滑轮二以及将轴向稳压定滑轮一和轴向稳压定滑轮二连接成一体的第一省力轮连接板组成；所述轴向稳压分力轮组（19）主要由上方的轴向稳压动滑轮一、下方的轴向稳压动滑轮二以及将轴向稳压动滑轮一和轴向稳压动滑轮二连接成一体的第二省力轮连接板组成；所述第一挂钩安装在第二省力轮连接板靠近轴向稳压定位轮组（20）的一端；
所述侧向稳压定位轮组（20-1）主要由上方的侧向稳压定滑轮一（20-11）、下方的侧向稳压定滑轮二（20-12）以及将侧向稳压定滑轮一（20-11）和侧向稳压定滑轮二（20-12）连接成一体的第三省力轮连接板组成；所述侧向稳压分力轮组（19-1）主要由上方的侧向稳压动滑轮一（19-11）、下方的侧向稳压动滑轮二（19-12）以及将侧向稳压动滑轮一（19-11）和侧向稳压动滑轮二（19-12）连接成一体的第四省力轮连接板组成；所述第二挂钩安装在第四省力轮连接板靠近侧向稳压定位轮组（20-1）的一端。


8.根据权利要求1-5任一项所述的模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述轴向省力轮单元包括轴向稳压轮轴及同轴安装在轴向稳压轮轴上的轴向稳压小轮、轴向稳压大轮，且轴向稳压小轮的直径小于轴向稳压大轮的直径；所述轴向省力轮单元安装在加载机架（10）上，一根轴向稳压传动绳（23）的固定端缠绕在轴向稳压小轮上且该轴向稳压传动绳（23）的自由端与下方的轴向稳压液动组件的活动端连接，另一根轴向稳压传动绳（23）的固定端缠绕在轴向稳压大轮上且该轴向稳压传动绳（23）的自由端依次通过轴向稳压第一传动轮（21）、轴向稳压第二传动轮（22）连接在用于承托轴向稳压砝码（30）的轴向稳压负载平台（24）上；
所述侧向省力轮单元包括侧向稳压轮轴及同轴安装在侧向稳压轮轴上的侧向稳压小轮、侧向稳压大轮，且侧向稳压小轮的直径小于侧向稳压大轮的直径；所述侧向省力轮单元安装在加载机架（10）上，一根侧向稳压传动绳（23-1）的固定端缠绕在侧向稳压小轮上且该侧向稳压传动绳（23-1）的自由端与下方的侧向稳压液动组件的活动端连接，另一根侧向稳压传动绳（23-1）的固定端缠绕在侧向稳压大轮上且该侧向稳压传动绳（23-1）的自由端依次通过侧向稳压第一传动轮（21-1）、侧向稳压第二传动轮（22-1）连接在用于承托侧向稳压砝码（30-1）的侧向稳压负载平台（24-1）上。


9.根据权利要求1-5任一项所述的模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述轴向稳压第一传动轮（21）固定安装在加载机架（10）上，能够调整与轴向稳压第一传动轮（21）中心距的轴向稳压第二传动轮（22）滑动限位安装在加载机架（10）上；
所述侧向稳压第一传动轮（21-1）固定安装在加载机架（10）上，能够调整与侧向稳压第一传动轮（21-1）中心距的侧向稳压第二传动轮（22-1）滑动限位安装在加载机架（10）上。


10.根据权利要求1所述的模拟深地复杂条件的长历时高精度流变试验系统，其特征在于：所述液压站模...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建锋，谢和平，石祥超，李存宝，郑俊，李化，裴建良，邓建辉，雷孝章，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51