一种用于脆性材料轴向加卸载模拟试验装置的制作方法

文档序号:15015511发布日期:2018-07-24 23:28阅读:199来源:国知局

本实用新型涉及一种动静加卸载试验测试平台,特别涉及一种用于脆性材料轴向加卸载模拟试验装置。



背景技术:

高地应力条件下大规模的坝基、高边坡和地下洞室群的岩石爆破开挖工作,面临严峻的大型岩体的卸载松弛及变形控制难题。开挖引起的卸荷松弛(应力重分配)过程会持续一段较长的时间,主要取决于岩性和岩体的结构特性,属于准静态卸荷的问题。但理论分析和现场爆破高速摄影资料均表明:在爆破破岩过程中,被爆岩体从母岩上脱离并发生抛掷运动的时间约为数毫秒至几百毫秒量级,因此岩体原始应力场的开挖卸载是一动态过程。在爆破开挖过程中,新生成自由面上初始应力场的卸除往往在很短的时间内完成,这必然会在围岩内部产生强烈的应力调整,这一动态卸载波的作用下,靠近围岩壁面处区域内的岩体出现松动和强度下降,开挖轮廓面处的初始地应力越高,由此造成的围岩影响范围越大。开挖引起的初始应力瞬态卸荷的作用,在岩石高边坡和地下工程围岩的稳定性安全评价过程中,具有重要的意义。因此,通过室内试验验证上述卸载现象及机制是当前的关键技术之一。目前,在室内试验中,还没有一种特定的爆破加卸载装置。



技术实现要素:

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于脆性材料轴向加卸载模拟试验装置,有效的克服了现有技术的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种用于脆性材料轴向加卸载模拟试验装置,包括架框、静力加载系统、动力加载系统、界板和测试系统;

上述静力加载系统设置在上述架框内部一端,且其驱动端远离上述架框内部一端设置,上述动力加载系统设置在上述静力加载系统的驱动端;

上述界板设置在上述架框内靠近其另一端的位置,并与上述架框另一端之间形成无反射边界腔;

待测试杆件水平设置在上述架框内,且其一端与动力加载系统抵接,另一端穿过上述界板并伸入上述无反射边界腔内,且延伸至与上述架框另一端抵接;

上述无反射边界腔内填充有扩散介质,且上述扩散介质包裹在上述待测试杆件另一端外周上;

上述架框上设有用于对待测试杆件定位的支撑机构;

上述测试系统包括间隔贴覆在待测试杆件表面的若干应变片和后台应力检测仪,若干上述应变片分别电连接上述后台应力检测仪。

本实用新型的有益效果是:结构简单,安装使用方便,能正确实现高地应力条件下爆破破岩过程中新生成自由面上的瞬态卸荷情况,便于实验人员观察爆破过程及数据测量,且整个受力结构强度较高,安全性能较好。

在上述技术方案的基础上,本实用新型还可以做如下改进。

进一步,上述架框包括两个钢板和两个侧板,两个上述钢板竖直间隔设置,且相互平行,两个上述侧板均水平设置,并间隔并列的设置在两个上述钢板之间,且相互平行,两个上述侧板的两端分别与两个上述钢板连接固定,上述静力加载系统固定在其中一个上述钢板的内侧,且其驱动端远离该钢板,上述界板设置在两个上述侧板之间靠近另一个上述钢板的位置,并与另一个上述钢板以及两个侧板之间共同构成上述无反射边界腔,上述待测试杆件水平且平行的设置在两个上述侧板之间,上述待测试杆件的另一端穿过上述界板并伸入上述无反射边界腔内,且延伸至与另一个上述钢板抵接,上述支撑机构设置在两个上述侧板上。

采用上述进一步方案的有益效果是架框结构简单,组装方便,便于待测试杆件的布置及加卸载实验。

进一步,两个上述钢板之间还通过多根水平设置的受力钢柱连接固定,且多根上述受力钢柱均布在两个上述侧板的外侧。

采用上述进一步方案的有益效果是通过受力钢柱连接,使得整体架框结构牢固,实验过程中稳定性较好。

进一步,上述支撑机构包括多组等间距间隔设置的支撑组件,每组上述支撑组件均包括对应设置的两个连接件和四个定位螺栓,每组中的两个上述连接件对称安装在两个上述侧板的两侧侧端,每组中的四个上述定位螺栓呈十字分布,并分别安装在对应的两个上述连接件上和两个上述侧板上对应两个连接件的位置,且每个上述定位螺栓远离对应连接件或侧板的一端均伸入两个上述侧板之间,并抵接在上述待测试杆件的外周上。

采用上述进一步方案的有益效果是支撑机构结构简单,分布均匀,对待测试杆件起到稳定的定位支撑作用。

进一步,上述待测试杆件两端分别与动力加载系统和架框另一端抵接处均设有橡胶垫。

采用上述进一步方案的有益效果是通过橡胶垫可避免动力加载系统加载时损坏待测试杆件与其连接的端部。

进一步,上述静力加载系统为液压缸,且上述液压缸的缸底与上述架框内部一端连接固定,其活塞杆与上述动力加载系统连接。

采用上述进一步方案的有益效果是使用简单。

进一步,上述动力加载系统为炸药包。

采用上述进一步方案的有益效果是使用简单。

进一步,上述无反射边界腔的腔壁上设有隔离层。

采用上述进一步方案的有益效果是结构较为简单,便于后期扩散介质的剥离。

附图说明

图1为本实用新型的用于脆性材料轴向加卸载模拟试验装置的俯视结构示意图;

图2为本实用新型的用于脆性材料轴向加卸载模拟试验装置的轴向纵截面的结构示意图;

图3为本实用新型的用于脆性材料轴向加卸载模拟试验装置的环向纵截面的结构示意图。

附图中,各标号所代表的部件列表如下:

1、架框,2、静力加载系统,3、动力加载系统,4、无反射边界板,5、隔离层,6、支撑机构,7、橡胶垫,11、钢板,12、侧板,13、受力钢柱,61、支撑组件,62、连接件,63、定位螺栓。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本实用新型,并非用于限定本实用新型的范围。

实施例:如图1至3所示,本实施例的用于脆性材料轴向加卸载模拟试验装置包括架框1、静力加载系统2、动力加载系统3、界板4和测试系统;

上述静力加载系统2设置在上述架框1内部一端,且其驱动端远离上述架框1内部一端设置,上述动力加载系统3设置在上述静力加载系统2的驱动端;

上述界板4设置在上述架框1内靠近其另一端的位置,并与上述架框1另一端之间形成无反射边界腔;

待测试杆件水平设置在上述架框1内,且其一端与动力加载系统3抵接,另一端穿过上述界板4并伸入上述无反射边界腔内,且延伸至与上述架框1另一端抵接;

上述无反射边界腔内填充有扩散介质,且上述扩散介质包裹在上述待测试杆件另一端外周上;

上述架框1上设有用于对待测试杆件定位的支撑机构6;

上述测试系统包括间隔贴覆在待测试杆件表面的若干应变片和后台应力检测仪,若干上述应变片分别电连接上述后台应力检测仪。

实验前,将贴有应变片的待测试杆件放置在动力加载系统3和架框1另一端之间,之后通过支撑机构6对待测试杆件进行定位并对其提供支撑力,使其稳定,避免其在加载过程中发生环向的位移,下一步,通过静力加载系统2加载合适的静力,使得待测试杆件在轴向上受到一定加载力的轴向挤压并保持其平衡稳定,下一步,通过动力加载系统3对待测试杆件提供动力载荷,之后动力加载系统3撤销动力荷载,通过后台应力检测仪采集试杆件在无反射边界腔内部和外部的应力变化数据,从而得出待测试杆件的卸载过程,在整个模拟测试过程中,待测试杆件收到轴向的动力何在时,会与架框1另一端碰撞,架框1另一端会提供待测试杆件轴向的反力,该反力在扩散介质的吸能下不会影响整个待测试杆件轴向荷载的变化。

上述架框1包括两个钢板11和两个侧板12,两个上述钢板11竖直间隔设置,且相互平行,两个上述侧板12均水平设置,并间隔并列的设置在两个上述钢板11之间,且相互平行,两个上述侧板12的两端分别与两个上述钢板11连接固定,上述静力加载系统2固定在其中一个上述钢板11的内侧,且其驱动端远离该钢板11,上述界板4设置在两个上述侧板12之间靠近另一个上述钢板11的位置,并与另一个上述钢板11以及两个侧板12之间共同构成上述无反射边界腔,上述待测试杆件水平且平行的设置在两个上述侧板12之间,上述待测试杆件的另一端穿过上述界板4并伸入上述无反射边界腔内,且延伸至与另一个上述钢板11抵接,上述支撑机构6设置在两个上述侧板12上,架框1结构简单,拆装方便,整个装置的布局比较合理,稳定性及结构强度都较高。

优选的,两个上述钢板11之间还通过多根水平设置的受力钢柱13连接固定,且多根上述受力钢柱13均布在两个上述侧板12的外侧,这就使得整个架框1在沿待测试杆件轴向上的受力强度较高,整个架框1结构比较牢固。

在一些实施例中,上述支撑机构6包括多组等间距间隔设置的支撑组件61,每组上述支撑组件61均包括对应设置的两个连接件62和四个定位螺栓63,每组中的两个上述连接件62对称安装在两个上述侧板12的两侧侧端,每组中的四个上述定位螺栓63呈十字分布,并分别安装在对应的两个上述连接件62上和两个上述侧板12上对应两个连接件62的位置,且每个上述定位螺栓63远离对应连接件62或侧板12的一端均伸入两个上述侧板12之间,并抵接在上述待测试杆件的外周上,通过预紧每组中的四个定位螺栓3即可实现对待测试杆件环向定位支撑,安装,使用比较方便。

优选的,上述待测试杆件两端分别与动力加载系统3和架框1另一端抵接处均设有橡胶垫6,避免待测试杆件在加载动力荷载时两端与动力加载系统3和架框1发生硬性碰撞损坏。

优选的,上述静力加载系统2为液压缸,且上述液压缸的缸底与上述架框1内部一端连接固定,其活塞杆与上述动力加载系统3连接,其使用简单,加载比较稳定。

优选的,上述动力加载系统3为炸药包,该设计使得在测试实验过程中,炸药包爆破后会对待测试杆件时段性的动力荷载,爆破过程完毕后,待测试杆件将失去荷载,进入卸载过程,使用比较灵活,简单。

考虑到测试实验结束后,扩散介质不易从无反射边界腔内取出的问题,在上述无反射边界腔的腔壁上设有隔离层5,隔离层与扩散介质之间不会粘连,便于剥离出扩散介质以便保存后续使用。

上述隔离层5优选的采用橡胶垫,还可选用其他具有相同效果的材质制成。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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