岩石流变扰动效应三轴实验设备及其实验方法技术

岩石流变扰动效应三轴实验设备及其实验方法。本发明专利技术涉及一种岩石流变扰动效应三轴实验设备及其实验方法。实验台上设置机架，所述的机架的上端左侧设置齿轮Ⅰ与齿轮Ⅱ，所述的齿轮Ⅰ与齿轮Ⅱ之间通过传动轴相连接，所述的传动轴的外侧还连接传动转盘Ⅰ与传动转盘Ⅱ，所述的传动转盘Ⅰ上缠绕传动链条Ⅰ，所述的传动链条Ⅰ的底端连接托盘Ⅰ，所述的托盘Ⅰ上摆放重力砝码；所述的传动转盘Ⅱ上缠绕传动链条Ⅱ，所述的传动链条Ⅱ的底端连接托盘Ⅱ，所述的托盘Ⅱ上也摆放重力砝码。本发明专利技术用于岩石流变扰动效应实验。

Three axis experimental equipment and method for rock rheological disturbance effect

Three axis experimental equipment and method for rock rheological disturbance effect. The invention relates to a rock rheological disturbance effect three axis experimental device and an experimental method thereof. The experimental platform is provided with frame, upper end of the left side of the frame. The gear set I and II gear, the gear and gear 1 2 connected by a drive shaft, the lateral shaft which is also connected with the drive of drive turntable turntable turntable drive II, the first winding drive chain I. I drive the chain is connected with the bottom of the tray I placed the tray of the weights on the turntable drive; II winding drive chain drive chain II, the second is connected with the bottom of the tray and the tray II, II also placed the weights. The present invention is used for rock rheological disturbance effect experiment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种岩石流变扰动效应三轴实验设备及其实验方法。
技术介绍
流变特性，是岩石的固有属性之一，实验研究岩石在静载荷长期作用下，其破坏形式与时间之间的关系，从而获得流变力学参数，建立流变本构模型，可以更好的为隧道、采矿等地下巷道支护工程服务。考虑现实工程中部分巷道周围的岩体不仅只受长期静载荷作用，当矿车经过，或者爆破掘进时，这些岩体就会受到应力波的冲击。且距离巷道一定范围内的岩体大部分已经接近或者超过强度极限状态，此时受外部应力波的影响非常敏感，很容易出现岩体崩裂的现象。针对这方面的研究，目前国内还没有可行的实验系统进行室内模拟实验，现有的研究大部分都集中在岩石受静载荷作用下的流变实验，对于外加的扰动荷载，基本没有涉及。单就现有的岩石流变仪，大部分采用液压伺服原理，通过输油油压给岩石一个恒定的静荷载，其缺点非常明显，要实现几个月甚至几年的长期加载，保持其油压的稳定性是很困难的，油压系统会逐渐失稳，如果电力系统断电，其实验就被迫中断。而且其扩力加载系统扩力倍数较小，然后其载荷承载有限，故实际操作起来只能模拟载荷偏小的流变实验。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种岩石流变扰动效应三轴实验设备及其实验方法，适用于各种试件进行压力实验，且结构简单、成本低、测量精确。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种岩石流变扰动效应三轴实验设备，其组成包括：砝码、链条、转盘、油缸、静态传感器15，实验台上设置机架1，所述的机架1的上端左侧设置齿轮Ⅰ2与齿轮Ⅱ，所述的齿轮Ⅰ2与齿轮Ⅱ之间通过传动轴3相连接，所述的传动轴3的外侧还连接传动转盘Ⅰ4与传动转盘Ⅱ，所述的传动转盘Ⅰ4上缠绕传动链条Ⅰ5，所述的传动链条Ⅰ5的底端连接托盘Ⅰ6，所述的托盘Ⅰ6上摆放重力砝码7；所述的传动转盘Ⅱ上缠绕传动链条Ⅱ，所述的传动链条Ⅱ的底端连接托盘Ⅱ，所述的托盘Ⅱ上也摆放重力砝码7；所述的齿轮Ⅰ2啮合齿条Ⅰ8，所述的齿条Ⅰ8的底部固定连接伸缩轴Ⅰ9，所述的伸缩轴Ⅰ9的底端插入油缸Ⅰ10内，所述的油缸Ⅰ10通过管线连接液压泵11与油缸Ⅱ12；所述的油缸Ⅱ12内装入伸缩轴Ⅱ13，所述的伸缩轴Ⅱ13的顶面设置承压板14，所述的承压板14的顶面设置静态传感器15，所述的静态传感器15的顶面放置找平球面垛Ⅰ16，所述的找平球面垛Ⅰ16上悬空找平球面垛Ⅱ17，所述的找平球面垛Ⅱ17的顶端摆放试件18，所述的试件18的上端设置冲击动态传感器19，所述的冲击动态传感器19套在传力板20的底端，所述的传力板20的一端底面设置位移计21，所述的传力板20的上端设置传力连杆22，所述的传力连杆22的顶端穿过冲击砝码23的中心，所述的传力连杆22的顶端穿过卡槽38连接在顶座（41）上，所述的顶座（41）固定设置在顶板（42）上，所述的顶板（42）固定连接在机架1，所述的冲击砝码23放置在卡槽38上。所述的岩石流变扰动效应三轴实验设备，所述的试件18的外表面包裹热缩管，所述的热缩管的外表面两端分别套有金属环，所述的试件18、热缩管与金属环组成的整体放入三轴压力箱24的凹槽26内，所述的三轴压力箱24的顶端设置加压块25，所述的三轴压力箱24的底端右侧开有进口27，所述的三轴压力箱24的底端左侧开有出口28，所述的三轴压力箱24的左侧设置凸柱29，所述的凸柱29上开有传感器走线口，所述的凸柱29上开有进油口30。所述的岩石流变扰动效应三轴实验设备，所述的加压块25上螺纹连接抬起环31，所述的三轴压力箱24上螺纹连接抬起环31。所述的岩石流变扰动效应三轴实验设备的实验方法，进行单轴实验时，先将各部件按照各位置组装成岩石流变扰动仪，再将试件18上贴好静态电阻应变片，同时将静态电阻应变片连接在静态电阻应变仪上，将试件18放置在静态传感器15上，记录静态传感器15的初始读数，打开液压泵11，将通过伸缩轴Ⅱ13将承压板14上升至一定高度，使试件18的上表面与传力板20紧密接触；将预先准备好的实验设计的第一量级重量的重力砝码7叠放在托盘上，观察静态传感器15的读数，调整重力砝码7的量级，达到实验载荷要求。所述的岩石流变扰动效应三轴实验设备的实验方法，进行三轴试验时，先将试件18、热缩管与金属环组成的整体外部贴有横纵向静态电阻应变片，再将贴有横纵向静态电阻应变片的整体放置于三轴压力箱24的底部凹槽26处，将横纵向静态电阻应变片的导线通过三轴压力箱24的两测传感线出口28伸出，并连接到静态电阻应变仪上，密封后，完成箱体作业；再将完成密封的三轴压力箱24放入找平球面垛Ⅱ17的上表面，更换长度适中的传力连杆22，将传力板20放置在三轴压力箱24的顶端的加压块25的顶面，打开液压泵11，上升承压板14，使传力板20与加压块25紧密接触，在托盘Ⅰ6上叠加实验设计要求的重力砝码7，从而使传力板20对三轴压力箱24施加轴压；三轴压力箱24的进油口30连接进油管32，进油管32连接在油压泵33上，打开油压泵33的进油阀34，待油压表35转动后，立刻关闭进油阀34，依靠手动补压泵36进行补压，直到满足实验围压要求，油压稳定后读取油压表35上的数据，并随时间记录静态电阻应变仪的应变量。所述的岩石流变扰动效应三轴实验设备的实验方法，进行单轴扰动载荷加载实验时，根据所要施加冲击载荷的量级，需要更换不同规格的传力连杆22，传力连杆22的上端可以与机架1上部进行机械锚固，传力连杆22的下端的可以与传力板20自由搭接，传力板20的底端放置试件18，试件18摆放在找平球面垛Ⅱ17上；在传力板20的侧面吸附扰动荷载传感器，所述的扰动荷载传感器带有磁性，可直接吸附在上，荷载传感器的另一端通过数据线与扰动荷载采集仪相连；当扰动开始，首先打开传力连杆22的上端卡槽38，冲击砝码23立刻沿传力连杆22自由下落，冲击砝码23的重力势能转化为冲击载荷，读取冲击瞬间扰动荷载采集仪的数据，并将扰动荷载采集仪记录下来，再重新将冲击砝码23设置于卡槽38中，准备下一次冲击，并记录读数，重复数次。所述的岩石流变扰动效应三轴实验设备的实验方法，进行三轴扰动载荷加载实验时，根据所要施加冲击载荷的量级，需要更换不同规格的传力连杆22，传力连杆22的上端可以与机架1上部进行机械锚固，传力连杆22的下端可以与传力板20自由搭接，传力板20的底端放置三轴压力箱24，三轴压力箱24摆放在找平球面垛Ⅱ17上；在传力板20侧面吸附扰动荷载传感器，荷载传感器的另一端通过数据线与扰动荷载采集仪相连；当扰动开始，首先打开传力连杆22的上端卡槽38，冲击砝码23立刻沿传力连杆22自由下落，冲击砝码23的重力势能转化为冲击载荷，读取冲击瞬间扰动荷载采集仪的数据，并被扰动荷载采集仪记录下来，再重新将冲击砝码23设置于卡槽38中，准备下一次冲击，并记录读数，重复数次。有益效果：1.本专利技术采用外置重力机械加载的补压原理，避免了因断电或漏油而造成的压力下降，在长时间的实验周期中，保证了压力的稳定。2.本专利技术的流变仪上配有两个传动转盘，采用杠杆原理，有效的增加其扩力加载倍数，扩力比可达到1:100。3.本专利技术为满足单三轴实验冲击砝码下落高度的不同，特制多种不同高度的传力连杆，传力连杆下端表面进行抛光处理，与表面抛光后的传力板进行非刚性搭接，从而减小冲击砝码下落时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩石流变扰动效应三轴实验设备，其组成包括：砝码、链条、转盘、油缸、静态传感器（15），其特征是：实验台上设置机架（1），所述的机架（1）的上端左侧设置齿轮Ⅰ（2）与齿轮Ⅱ，所述的齿轮Ⅰ（2）与齿轮Ⅱ之间通过传动轴（3）相连接，所述的传动轴（3）的外侧还连接传动转盘Ⅰ（4）与传动转盘Ⅱ，所述的传动转盘Ⅰ（4）上缠绕传动链条Ⅰ（5），所述的传动链条Ⅰ（5）的底端连接托盘Ⅰ（6），所述的托盘Ⅰ（6）上摆放重力砝码（7）；所述的传动转盘Ⅱ上缠绕传动链条Ⅱ，所述的传动链条Ⅱ的底端连接托盘Ⅱ，所述的托盘Ⅱ上也摆放重力砝码（7）；所述的齿轮Ⅰ（2）啮合齿条Ⅰ（8），所述的齿条Ⅰ（8）的底部固定连接伸缩轴Ⅰ（9），所述的伸缩轴Ⅰ（9）的底端插入油缸Ⅰ（10）内，所述的油缸Ⅰ（10）通过管线连接液压泵（11）与油缸Ⅱ（12）；所述的油缸Ⅱ（12）内装入伸缩轴Ⅱ（13），所述的伸缩轴Ⅱ（13）的顶面设置承压板（14），所述的承压板（14）的顶面设置静态传感器（15），所述的静态传感器（15）的顶面放置找平球面垛Ⅰ（16），所述的找平球面垛Ⅰ（16）上悬空找平球面垛Ⅱ（17），所述的找平球面垛Ⅱ（17）的顶端摆放试件（18），所述的试件（18）的上端设置传力板（20），所述的传力板（20）的上端摆放冲击动态传感器（19），所述的冲击动态传感器（19）套在传力连杆（22）的底端，所述的传力板（20）的一端底面设置位移计（21），所述的传力板（20）的上端设置传力连杆（22），所述的传力连杆（22）的顶端穿过冲击砝码（23）的中心，所述的传力连杆（22）的顶端穿过卡槽（38）连接在顶座（41）上，所述的顶座（41）固定设置在顶板（42）上，所述的顶板（42）固定连接在机架（1），所述的冲击砝码（23）放置在卡槽（38）上。...

【技术特征摘要】
1.一种岩石流变扰动效应三轴实验设备，其组成包括：砝码、链条、转盘、油缸、静态传感器（15），其特征是：实验台上设置机架（1），所述的机架（1）的上端左侧设置齿轮Ⅰ（2）与齿轮Ⅱ，所述的齿轮Ⅰ（2）与齿轮Ⅱ之间通过传动轴（3）相连接，所述的传动轴（3）的外侧还连接传动转盘Ⅰ（4）与传动转盘Ⅱ，所述的传动转盘Ⅰ（4）上缠绕传动链条Ⅰ（5），所述的传动链条Ⅰ（5）的底端连接托盘Ⅰ（6），所述的托盘Ⅰ（6）上摆放重力砝码（7）；所述的传动转盘Ⅱ上缠绕传动链条Ⅱ，所述的传动链条Ⅱ的底端连接托盘Ⅱ，所述的托盘Ⅱ上也摆放重力砝码（7）；所述的齿轮Ⅰ（2）啮合齿条Ⅰ（8），所述的齿条Ⅰ（8）的底部固定连接伸缩轴Ⅰ（9），所述的伸缩轴Ⅰ（9）的底端插入油缸Ⅰ（10）内，所述的油缸Ⅰ（10）通过管线连接液压泵（11）与油缸Ⅱ（12）；所述的油缸Ⅱ（12）内装入伸缩轴Ⅱ（13），所述的伸缩轴Ⅱ（13）的顶面设置承压板（14），所述的承压板（14）的顶面设置静态传感器（15），所述的静态传感器（15）的顶面放置找平球面垛Ⅰ（16），所述的找平球面垛Ⅰ（16）上悬空找平球面垛Ⅱ（17），所述的找平球面垛Ⅱ（17）的顶端摆放试件（18），所述的试件（18）的上端设置传力板（20），所述的传力板（20）的上端摆放冲击动态传感器（19），所述的冲击动态传感器（19）套在传力连杆（22）的底端，所述的传力板（20）的一端底面设置位移计（21），所述的传力板（20）的上端设置传力连杆（22），所述的传力连杆（22）的顶端穿过冲击砝码（23）的中心，所述的传力连杆（22）的顶端穿过卡槽（38）连接在顶座（41）上，所述的顶座（41）固定设置在顶板（42）上，所述的顶板（42）固定连接在机架（1），所述的冲击砝码（23）放置在卡槽（38）上。2.根据权利要求1所述的岩石流变扰动效应三轴实验设备，其特征是：所述的试件（18）的外表面包裹热缩管，所述的热缩管的外表面两端分别套有金属环，所述的试件（18）、热缩管与金属环组成的整体放入三轴压力箱（24）的凹槽（26）内，所述的三轴压力箱（24）的顶端设置加压块（25），所述的三轴压力箱（24）的底端右侧开有进口（27），所述的三轴压力箱（24）的底端左侧开有出口（28），所述的三轴压力箱（24）的左侧设置凸柱（29），所述的凸柱（29）上开有传感器走线口，所述的凸柱（29）上开有进油口（30）。3.根据权利要求2所述的岩石流变扰动效应三轴实验设备，其特征是：所述的加压块（25）上螺纹连接抬起环（31），所述的三轴压力箱（24）上螺纹连接抬起环（31）。4.利用权利要求1所述的岩石流变扰动效应三轴实验设备的实验方法，其特征是：进行单轴实验时，先将各部件按照各位置组装成岩石流变扰动仪，再将试件（18）上贴好静态电阻应变片，同时将静态电阻应变片连接在静态电阻应变仪上，将试件（18）放置在静态传感器（15）上，记录静态传感器（15）的初始读数，打开液压泵（11），将通过伸缩轴Ⅱ（13）将承压板（14）上升至一定高度，使试件（18）的上表面与传力板（20）紧密接触；将预先准备好的实验设计的第一量级重量的重力砝码...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，高昌炎，闫刚，杨建林，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北;13