一种岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪制造技术

本发明专利技术属于岩石力学试验装置技术领域，公开了一种岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，包括：基座、上下剪切盒、第一、第二框架、轴向加载系统、扭矩加载系统、压力控制结构以及形变检测结构；第一框架固定在基座上，第二框架固定在第一框架上；下剪切盒固定在基座上；上剪切盒与下剪切盒相对设置并分别开设环形上试样槽及环形下试样槽；扭矩加载系统与轴向加载系统的输出端相连；所述压力控制结构分别与所述轴向加载系统以及所述扭矩加载系统相连，反馈控制施加的轴向力和扭矩；所述形变检测结构设置在所述剪切盒内，用于检测岩石试样的形变。本发明专利技术提供了一种多应力路径的岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩石力学试验装置
，特别涉及一种岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪。
技术介绍
岩体的力学形态不仅表现出弹性和塑性，而且具有时间相关的性质，即岩体的流变性。岩石材料及岩体结构在外力及工程环境影响下大多呈现出与时间相关的力学行为，同时受到应力场、渗流场或温度场的变化及其相互作用，有可能使岩体流变变形路径改变，出现加速变形与分岔或由静态过程转变为动态运动，导致出现岩土工程灾害。现阶段室内岩石流变试验主要涉及弯曲试验、扭转试验、单轴压缩试验、三轴压缩试验、剪切蠕变试验、室内岩体结构面剪切试验等，具备单一性，并不能完整反映真实受力状态。从而导致流变试验数据可靠性和精度不够高。
技术实现思路
本专利技术提供一种岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，解决现有技术中岩石流变试验受力单一，流变特性片面，无法真实反映综合受力状态下的流变特性，数据可靠性和精度不高的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，包括：基座、下剪切盒、上剪切盒、第一框架、第二框架、轴向加载系统、扭矩加载系统、压力控制结构以及形变检测结构；所述第一框架固定在所述基座上，所述第二框架固定在所述第一框架上；所述轴向加载系统固定在所述第二框架上，所述上剪切盒固定在所述轴向加载系统输出端；所述扭矩加载系统固定在所述第二框架上；所述下剪切盒固定在所述基座上；所述上剪切盒与所述下剪切盒相对设置；所述上剪切盒上开设环形上试样槽，所述下剪切盒上开设与之匹配的环形下试样槽；所述扭矩加载系统与所述轴向加载系统的输出端相连，用于施加水平扭矩；所述压力控制结构分别与所述轴向加载系统以及所述扭矩加载系统相连，反馈控制施加的轴向力和扭矩；所述形变检测结构设置在所述剪切盒内，用于检测岩石试样的形变。进一步地，所述试验仪还包括：渗流结构；所述渗流结构包括：围压套筒、密封圈、进水通路以及出水通路；所述围压套筒固定在所述下剪切盒上，所述密封圈设置在所述上剪切盒外壁上；所述进水通路以及所述出水通路分别设置在所述下剪切盒与所述下剪切盒上，与两者间的空腔连通。进一步地，所述轴向加载系统包括：轴向施力组件以及轴向活塞杆；所述轴向施力组件固定在所述第二框架上；所述轴向活塞杆与所述轴向施力组件相连，用于传递轴向拉力和压力；所述活塞杆顶端与所述上剪切盒固定相连。进一步地，所述扭矩加载系统包括：水平施力组件、水平推拉连杆以及齿轮盘；所述齿轮盘中心处开设环套固定结构，套接在所述轴向活塞杆上；所述水平施力组件通过水平连杆与所述齿轮盘相连，驱动所述齿轮盘以所述轴向活塞杆为转轴转动，并拉动所述轴向活塞杆转动；其中，所述水平推拉连杆上设置与所述齿轮盘匹配啮合的齿。进一步地，所述扭矩加载系统还包括：水平导向滑轨以及与之匹配的滑块；所述水平推拉连杆与所述滑块固定相连，可跟随滑块沿所述水平导向滑轨水平移动。进一步地，所述环套固定结构包括：限位结构以及滚珠排；所述限位结构固定在所述齿轮盘与所述轴向活塞杆之间，用于限制两者水平方向上的相对位移；所述滚珠排设置在所述齿轮盘与所述轴向活塞杆之间，用于实现齿轮盘与所述轴向活塞杆在轴向上的相对滑动。进一步地，所述轴向活塞杆中部设置成正多边形外缘面，所述限位结构采用与之匹配的正多边形限位孔；所述滚珠排嵌于所述正多边形限位孔与所述正多边形外缘面之间。进一步地，所述扭矩加载系统还包括：齿轮盘限位结构；所述出轮盘限位结构设置在所述第一框架和所述第二框架之间，夹在所述齿轮面两侧，限制其轴向位移。进一步地，所述轴向施力组件采用轴向液压千斤顶以及第一液压伺服泵，所述水平施力组件采用水平液压千斤顶和第二液压伺服泵；所述压力控制结构包括：轴压传感器、扭矩传感器以及压力控制器；所述轴压传感器设置在所述轴向液压千斤顶上，所述扭矩传感器设置在所述齿轮盘上，所述轴压传感器以及扭矩传感器分别与所述压力控制器相连；所述压力传感器与所述第一液压伺服泵以及所述第二液压伺服泵相连；所述形变检测结构包括：形变传感器，与所述压力控制器相连。进一步地，所述第一框架和所述第二框架上均设置与所述轴向活塞杆匹配的滑套，分别套接在所述轴向活塞杆的上部和下部，限制其摆幅。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本专利技术提供的岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，通过轴向加载系统和扭矩加载系统模拟还原岩样的真实受力状态，从而综合考虑力场，实现多种应力路径下的岩石流变试验，分析不同状态下的岩石流变效应；可以实现单轴压缩流变试验、单轴拉伸流变试验、剪切蠕变试验、扭转流变试验、岩体结构面剪切流变试验以及考虑渗流的流变试验。对推动现阶段的流变试验的发展具有重要意义。设置圆环形试样槽，针对空心圆柱的受力特点，形成针对空心圆柱试样施加扭矩的方式，使其在预定环向截面发生破坏。剪切过程中，沿剪切面的剪应力分布较为均匀、剪切面的变形连续且平整，通过渗流装置设置渗流通道，可以获得沿剪切面垂直方向裂隙的渗流特性。通过加载控制系统，可以实现力控制、位移控制；从而大大提升了形变测量精度和可靠性，实现了在试验过程中变形的实时量测。附图说明图1为本专利技术实施例提供的岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的渗流结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的扭矩加载系统结构示意图。具体实施方式本申请实施例通过提供一种岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，解决现有技术中岩石流变试验受力单一，流变特性片面，无法真实反映综合受力状态下的流变特性，数据可靠性和精度不高；岩石试样剪切过程中剪切面上剪切应力分布不均匀，破坏不连续，剪应力输出方向不同面的技术问题；达到了提升岩石抗剪切强度参数、剪切变形变化精度，完整性，改善岩石本构关系的技术效果。为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：通过扭矩加载系统实现环柱状岩石试样的扭矩均匀施加，保证形变连续均匀；并通过轴向加载系统和扭矩加载系统的独立操作，并结合上下剪切盒配合，保持剪切应力处于衔接面，保持在同一平面内；从而模拟岩石试样的真实完整的受力状态，并通过压力控制结构和形变检测结构实现压力精确控制和形变测量，提升试验参数的精度、完整性和可靠性。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本专利技术实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。依据空心圆柱的受力特点，采用针对空心圆柱试样施加扭矩的方式，使其在预定环向截面发生破坏。剪切过程中，沿剪切面的剪应力分布较为均匀、剪切面的变形连续且平整，通过渗流装置设置渗流通道，可以获得沿剪切面垂直方向裂隙的渗流特性。通过加载控制系统，可以实现力控制、位移控制；测量系统则实现了在试验过程中变形的实时量测。参见图1，具体来讲，本专利技术实施例提供的一种岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，包括：基座1、下剪切盒10、上剪切盒11、第一框架2-1、第二框架2-2、轴向加载系统、扭矩加载系统、压力控制结构以及形变检测结构。所述第一框架2-1固定在所述基座1上，所述第二框架2-2固定在所述第一框架2-1上；构成设备支架，确切的讲，构成轴向加载系统和扭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，其特征在于，包括：基座、下剪切盒、上剪切盒、第一框架、第二框架、轴向加载系统、扭矩加载系统、压力控制结构以及形变检测结构；所述第一框架固定在所述基座上，所述第二框架固定在所述第一框架上；所述轴向加载系统固定在所述第二框架上，所述上剪切盒固定在所述轴向加载系统输出端；所述扭矩加载系统固定在所述第二框架上；所述下剪切盒固定在所述基座上；所述上剪切盒与所述下剪切盒相对设置；所述上剪切盒上开设环形上试样槽，所述下剪切盒上开设与之匹配的环形下试样槽；所述扭矩加载系统与所述轴向加载系统的输出端相连，用于施加水平扭矩；所述压力控制结构分别与所述轴向加载系统以及所述扭矩加载系统相连，反馈控制施加的轴向力和扭矩；所述形变检测结构设置在所述剪切盒内，用于检测岩石试样的形变。

【技术特征摘要】
1.一种岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，其特征在于，包括：基座、下剪切盒、上剪切盒、第一框架、第二框架、轴向加载系统、扭矩加载系统、压力控制结构以及形变检测结构；所述第一框架固定在所述基座上，所述第二框架固定在所述第一框架上；所述轴向加载系统固定在所述第二框架上，所述上剪切盒固定在所述轴向加载系统输出端；所述扭矩加载系统固定在所述第二框架上；所述下剪切盒固定在所述基座上；所述上剪切盒与所述下剪切盒相对设置；所述上剪切盒上开设环形上试样槽，所述下剪切盒上开设与之匹配的环形下试样槽；所述扭矩加载系统与所述轴向加载系统的输出端相连，用于施加水平扭矩；所述压力控制结构分别与所述轴向加载系统以及所述扭矩加载系统相连，反馈控制施加的轴向力和扭矩；所述形变检测结构设置在所述剪切盒内，用于检测岩石试样的形变。2.如权利要求1所述的岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，其特征在于，所述试验仪还包括：渗流结构；所述渗流结构包括：围压套筒、密封圈、进水通路以及出水通路；所述围压套筒固定在所述下剪切盒上，所述密封圈设置在所述上剪切盒外壁上；所述进水通路以及所述出水通路分别设置在所述下剪切盒与所述下剪切盒上，与两者间的空腔连通。3.如权利要求2所述的岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，其特征在于，所述轴向加载系统包括：轴向施力组件以及轴向活塞杆；所述轴向施力组件固定在所述第二框架上；所述轴向活塞杆与所述轴向施力组件相连，用于传递轴向拉力和压力；所述活塞杆顶端与所述上剪切盒固定相连。4.如权利要求3所述的岩石拉压环剪渗流耦合流变试验仪，其特征在于，所述扭矩加载系统包括：水平施力组件、水平推拉连杆以及齿轮盘；所述齿轮盘中心处开设环套固定结构，套接在所述轴向活塞杆上；所述水平施力组件通过水平连杆与所述齿轮盘相连，驱动所述齿轮盘以所述轴向活塞杆为转轴转动，并拉动所述轴向活塞杆转动；其中，所述水平推拉连杆上...

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉，姜玥，卢景景，张传庆，胡大伟，高阳，陈珺，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42