一种岩石高频高载的循环动载试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种岩石高频高载的循环动载试验装置及试验方法。所述循环动载试验装置包括三轴仪、静载油缸、动载油缸、循环动载泵和监控系统；所述静载油缸为试体提供轴向静载；静载油缸置于刚性反力架的下横梁上，动载油缸同轴置于静载油缸的上部，动载油缸的下活塞杆与静载油缸的上活塞杆连接；所述循环动载泵在变频电动机循环往复的驱动下2台活塞泵通过大通量通油腔孔及大通量油管分别向动载油缸的上缸、下缸输送经滚珠丝杠推动活塞泵的缸体在滑行导轨上移动而调节压力的油液为试体提供零至设定值的循环动载，监控系统包括电液伺服仪和计算机。本发明专利技术可为岩石试验提供高频、高载且无级可调的循环动载，特别适用于现有岩石三轴仪的改造。

【技术实现步骤摘要】
一种岩石高频高载的循环动载试验装置及试验方法
本专利技术属于岩石力学试验领域，涉及岩石循环动载试验技术，具体是一种岩石高频高载的循环动载试验装置及试验方法。
技术介绍
在土木工程领域，岩土体作为建筑物、构筑物的基础，不仅承受着静态荷载的作用，还要经受着爆炸、冲击、地震等动态荷载的不利影响。地震和工程爆破直接给附近建筑物、构筑物、自然山体和地基基础带来动力荷载的冲击作用，奔驰中的列车给轨道、桥梁带来反复的循环荷载，高速运转的大型机械对地基基础带来长时间、高频率的持续振动，高坝发电厂房的引水管中高速紊流对弯曲管壁的冲击震动，这些问题对岩土体动力学研究提出了新的课题。土体动三轴试验起步较早，已有满足科研和工程需求的动三轴试验设备和研究方法。因此，研究循环荷载作用下岩石的动力学特性，提出岩体疲劳破坏准则和应对措施是当前需要解决的工程问题。目前，由于岩土动力学试验研究目的、方法的不同，加载装置的侧重点有所不同，存在较大差异。土体动三轴试验的动荷载试验采用液体加载方式的荷载低，气液联动加载的最大动荷载1000kN，一般频率0.01Hz～1Hz，最高10Hz。国外岩石动三轴试验最大动荷载800kN，一般频率0～10Hz，最高20Hz。国内的大型粗粒土动三轴仪1可进行粗粒土的双向激振动力三轴试验，最大轴向静荷载1500kN，最大轴向动荷载500kN，最大动载频率10Hz；双向振动大型三轴仪1轴向荷载1000kN，双向同步耦合有效频率2Hz，轴向加载频率20Hz，横向加载有效频率2Hz；RMT-150B、RMT-401多功能全自动刚性岩石伺服试验机的振动频率范围为0.01Hz～1Hz,最大荷载1500kN。英国GDS公司的DYNTTS全自动多功能静/动三轴仪1竖向激振频率0.01Hz～5Hz，轴向静/动荷载0～40kN。美国GCTS公司RTX-1000轴向压力1000kN，轴向拉力820kN，动态荷载800kN，加载频率0～10Hz。SHPB圈试验装置(岩石霍普金森杆试验系统)主要是材料的冲击应力波试验，不能进行循环试验和疲劳试验。圆柱型音电机虽然频率高，但仅能够产生0.7N～2500N的动荷载，提供的循环动载偏低。目前国内岩体动三轴试验设备仅能做振动荷载下的三轴试验，不能进行循环动荷载下的动载试验，国外设备昂贵。气液联动加载管路复杂，需配备高压、高速启闭的电磁阀，国内尚无性能匹配的替代产品，进口价格昂贵，且电磁阀流量小，启闭延时长，使动荷载频率较低，不能满足高频率、高荷载的循环动载试验的需求。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种岩石高频高载的循环动载试验装置及试验方法，可进行循环动荷载下的动载试验，满足高频率、高荷载的循环动载试验的需求。本专利技术具体的技术方案如下：一种岩石高频高载的循环动载试验装置，包括三轴仪、循环动载泵和监控系统，三轴仪中设有静载油缸、动载油缸，所述静载油缸置于三轴仪的刚性反力架的下横梁上，用于向岩石试体提供轴向静载，动载油缸同轴置于静载油缸的上部，动载油缸由与上活塞杆、下活塞杆一体连接的活塞分隔为上缸和下缸，动载油缸的下活塞杆与静载油缸的活塞杆连接，所述循环动载泵用于在变频电动机的驱动下向动载油缸的上缸、下缸输送经滚珠丝杠推动左活塞泵的缸体、右活塞泵的缸体移动而调节压力的油液给岩石试体提供循环动载，所述监控系统包括计算机、与计算机连接的电液伺服仪。进一步的，静载油缸的缸体与动载油缸的缸体为一体结构或可同轴组合的分体结构，静载油缸包括缸体、设于缸体内的活塞、与活塞连接的活塞杆，缸体的上下两端分别设有上缸盖、下缸盖，活塞将活塞腔分隔为上缸和下缸，上缸设有上通油孔，下缸设有下通油孔，动载油缸的下活塞杆3d与静载油缸的活塞杆丝接，进一步的，动载油缸包括缸体、设于缸体内的活塞、与活塞一体连接的上活塞杆、下活塞杆，上活塞杆和下活塞杆的直径相等，活塞将缸体分隔为上缸和下缸，上缸和下缸四周分别环向对称设置2个同等截面积的圆形通油腔孔，即上缸左通油腔孔、上缸右通油腔孔、下缸左通油腔孔、下缸右通油腔孔，且动载油缸的上缸左通油腔孔、上缸右通油腔孔、下缸左通油腔孔、下缸右通油腔孔的截面积与动载油缸的活塞出力面积相等。进一步的，循环动载泵包括变频电动机、设于变频电动机两侧的左活塞泵、右活塞泵，所述变频电动机两转轴端设有飞轮，飞轮、分别使用连杆与左活塞泵、右活塞泵的活塞杆连接；所述左活塞泵、右活塞泵外端侧安装由伺服电机驱动的滚珠丝杠，下方敷设可使左活塞泵、右活塞泵移动的滑行轨道，外端侧安装滚珠丝杠，滚珠丝杠、中的丝杠螺杆分别与左活塞泵的左端盖、右活塞泵的右端盖丝接。进一步的，循环动载泵的左活塞泵的活塞、右活塞泵的活塞的出力面积等于动载油缸的活塞出力面积，在左活塞泵、右活塞泵的出口段设置与动载油缸相同的通油腔孔，循环动载泵的左活塞泵、右活塞泵的通油腔孔与动载油缸的下缸的通油腔孔、和上缸的通油腔孔、之间分别用2根大通量的金属油管连接。进一步的，循环动载泵的左活塞泵的缸体、右活塞泵的缸体上开设阀腔孔，阀腔孔中安装锥形阀，锥形阀的活塞至锥形柱塞中间开设中心油孔，中心油孔与锥形柱塞上的水平油孔联通，与左活塞泵的活塞腔、右活塞泵的活塞腔连通的通油孔直径小于阀腔孔的直径，阀盖上的锥孔与阀锥柱塞相匹配，阀盖与缸体丝接，锥形阀出油口用油管接溢流油箱，溢流油箱上开设溢流孔，油液液面及溢流孔底面与动载油缸的活塞的中心水平截面在同一水平面上。进一步的，循环动载泵的左活塞泵、右活塞泵的活塞杆外露段分别穿过靠近变频电动机的导向柱中的导向孔后由连杆分别连接到变频电动机飞轮的边缘上，在变频电动机运行过程中两飞轮上的左连杆连接点、右连杆连接点与变频电动机中心点在同一条直线上且对称。进一步的，还包括岩石试体变形测量仪、静载油泵、围压油泵、压力监测仪，静载油泵与静载油缸、围压油泵与三轴压力室分别用油管联通，静载油缸、静载油泵、动载油缸、循环动载泵、三轴压力室和围压油泵及压力监测仪通过油压管路和线路接入监控系统的电液伺服仪，岩石试体上安装的环向引伸仪、轴向引伸仪接入岩石试体变形测量仪，石试体变形测量仪和变频电动机的变频控制器接入计算机。进一步的，在动载油缸、循环动载泵的活塞泵和金属油管表面包裹水冷外壳层，分别用水管接入水冷管路。一种基于上述岩石高频高载的循环动载试验装置进行的循环动载试验方法，包括如下步骤：(1)接通电源、水源，打开计算机，启动电液伺服仪预热，打开水冷开关，检查线路、管路，检查、调试各仪器；(2)安装岩石试体于试验压力台中间，在岩石试体上安装测量的引伸仪，下移三轴压力室与试验压力台对接，升长上压柱使岩石试体轴压传感器预接触岩石试体，用螺丝固定、密封三轴压力室；(3)通过计算机操控电液伺服仪，将变频电动机的飞轮上的左连杆连接点、右连杆连接点处于铅直位置，且左连杆连接点处于最低点，向动载油缸的上缸、下缸和循环动载泵的左活塞泵的、右活塞泵充满零压力的油液，并使动载油缸的活塞处于动载油缸的中部且活塞的中心水平截面与溢流油箱中的油液液面在同一高程，并排净本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石高频高载的循环动载试验装置，其特征在于：包括三轴仪、循环动载泵和监控系统，三轴仪中设有静载油缸、动载油缸，所述静载油缸置于三轴仪的刚性反力架的下横梁上，用于向岩石试体提供轴向静载，动载油缸同轴置于静载油缸的上部，动载油缸由与上活塞杆、下活塞杆一体连接的活塞分隔为上缸和下缸，动载油缸的下活塞杆与静载油缸的活塞杆连接，所述循环动载泵用于在变频电动机的驱动下向动载油缸的上缸、下缸输送经滚珠丝杠推动左活塞泵的缸体、右活塞泵的缸体移动而调节压力的油液给岩石试体提供循环动载，所述监控系统包括计算机、与计算机连接的电液伺服仪。/n

【技术特征摘要】
1.一种岩石高频高载的循环动载试验装置，其特征在于：包括三轴仪、循环动载泵和监控系统，三轴仪中设有静载油缸、动载油缸，所述静载油缸置于三轴仪的刚性反力架的下横梁上，用于向岩石试体提供轴向静载，动载油缸同轴置于静载油缸的上部，动载油缸由与上活塞杆、下活塞杆一体连接的活塞分隔为上缸和下缸，动载油缸的下活塞杆与静载油缸的活塞杆连接，所述循环动载泵用于在变频电动机的驱动下向动载油缸的上缸、下缸输送经滚珠丝杠推动左活塞泵的缸体、右活塞泵的缸体移动而调节压力的油液给岩石试体提供循环动载，所述监控系统包括计算机、与计算机连接的电液伺服仪。


2.根据权利要求1所述的高频高载的循环动载试验装置，其特征在于：所述静载油缸的缸体与动载油缸的缸体为一体结构或可同轴组合的分体结构，静载油缸包括缸体、设于缸体内的活塞、与活塞连接的活塞杆，缸体的上下两端分别设有上缸盖、下缸盖，活塞将活塞腔分隔为上缸和下缸，上缸设有上通油孔，下缸设有下通油孔，动载油缸的下活塞杆与静载油缸的活塞杆丝接。


3.根据权利要求1所述的岩石高频高载的循环动载试验装置，其特征在于：所述动载油缸包括缸体、设于缸体内的活塞、与活塞一体连接的上活塞杆、下活塞杆，上活塞杆和下活塞杆的直径相等，活塞将缸体分隔为上缸和下缸，上缸和下缸四周分别环向对称设置2个同等截面积的圆形通油腔孔，即上缸左通油腔孔、上缸右通油腔孔、下缸左通油腔孔、下缸右通油腔孔，且动载油缸的上缸左通油腔孔、上缸右通油腔孔、下缸左通油腔孔、下缸右通油腔孔的截面积与动载油缸的活塞出力面积相等。


4.根据权利要求1所述的岩石高频高载的循环动载试验装置，其特征在于：所述循环动载泵包括变频电动机、设于变频电动机两侧的左活塞泵、右活塞泵，所述变频电动机两转轴端设有飞轮，两个飞轮分别使用连杆与左活塞泵、右活塞泵的活塞杆连接；所述左活塞泵、右活塞泵外端侧安装滚珠丝杠，下方敷设可使左活塞泵、右活塞泵移动的滑行轨道，滚珠丝杠中的丝杠螺杆分别与左活塞泵的左端盖、右活塞泵的右端盖丝接。


5.根据权利要求4所述的岩石高频高载的循环动载试验装置，其特征在于：所述循环动载泵的左活塞泵的活塞、右活塞泵的活塞的出力面积等于动载油缸的活塞出力面积，在左活塞泵、右活塞泵的出口段设置与动载油缸相同的通油腔孔，循环动载泵的左活塞泵、右活塞泵的通油腔孔与动载油缸的下缸的通油腔孔和上缸的通油腔孔之间分别用2根大通量金属油管连接。


6.根据权利要求4所述的岩石高频高载的循环动载试验装置，其特征在于：所述循环动载泵的左活塞泵的缸体、右活塞泵的缸体上均开设阀腔孔，阀腔孔中安装锥形阀，锥形阀的活塞至锥形柱塞中间开设中心油孔，中心油孔与锥形柱塞上的水平油孔联通，与左活塞泵的活塞腔、右活塞泵的活塞腔连通的通油孔直径小于阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬爱清，余美万，钟作武，张宜虎，卢波，罗荣，范雷，汪斌，周跃峰，张利洁，李玉婕，张林让，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42