【技术实现步骤摘要】
本申请涉及土工试验设备，尤其涉及一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置。
技术介绍
1、当前重大岩土工程建设深度、广度、速度的前所未有，呈现出规模巨大、结构复杂、地质环境独特、荷载多样的特征，建造环境表现为高地应力、高孔隙水压力、高地温与强烈工程扰动等复杂条件(即“三高一扰动”)，工程难度不断增大。大型真三轴物理模型实验可以突破传统室内试验囿于岩块力学特性的认知，研究深部岩体的扰动行为规律。目前，岩土工程领域的真三轴物理模型试验机大部分功能单一且加载能力较小，无法复现深部岩土工程复杂的赋存环境。
2、相关技术中公开号为cn102435503a的中国专利，提出了一种大型真三轴试验设备，承载结构为反力框架+压力室，可对300mm×300mm×700mm尺寸试样进行真三轴加载试验，大主应力σ1、中主应力σ2方向通过千斤顶加载，其中σ2方向通过多组千斤顶协调加载来增加输出吨位，小主应力σ3方向通过水施加围压，σ3最大为3mpa。
3、相关技术中公告号为cn103398861b的中国专利，提出了一种用于深埋隧洞的真三轴岩爆物理模拟试验系统，该系统承载结构为全框架结构，采用均布集中式加载技术，通过三对千斤顶为试样提供大吨位均匀化荷载。
4、相关技术中公告号为cn104614497b的中国专利，提出了一种真三轴流压致裂、割缝、渗流、瓦斯驱赶一体化试验系统，该系统摈弃了传统的框架结构，将缩小化的加载装置放入压力室内从而保持压力室筒体的完整性，以提高其对围压的承受能力，可为尺寸最大为500mm×500mm×500
5、针对上述中的相关技术，主要存在以下技术问题：首先，加载能力较低，无法模拟深部岩土工程面临的高地应力环境；同时加载方式多为刚性加载，具体手段分两种，一种采用分布式小千斤顶方式，各个千斤顶之间的协调性难以保证，试样受力不均匀，容易在表面产生剪应力；另一种采用大断面集中式加载方式，该技术解决了分布式小千斤顶协调问题，但无法解决刚性加载装置自身刚度过大不能贴合试样带来的荷载分布不均问题。其次，全框架式结构加温只能通过固体-固体之间传递热量，传热慢，温度梯度大。最后，框架结构+压力室型试验机可对试样施加围压，压力室需要在大主应力σ1、中主应力σ2方向开孔以方便千斤顶伸缩传力，因此，压力室无法保证结构完整性，极大减弱了压力室的承载能力，也造成密封问题。
技术实现思路
1、为了改善上述
技术介绍
中提出的技术问题，本申请提供一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置。
2、本申请提供的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置采用如下的技术方案：
3、一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，包括
4、筒体反力架，所述筒体反力架包括筒体、下剪切环、上剪切环、底盖和顶盖，所述底盖和顶盖分别可拆卸的安装在筒体内的底部和顶部，将筒体内分割形成用于对方形试块进行三轴试验的加载空间；下剪切环可拆卸的内嵌安装在底盖下方的筒体内壁，形成用于支撑底盖的下承力凸台；上剪切环可拆卸的内嵌安装在顶盖上方的筒体内壁，形成用于支撑顶盖的上反力凸台；
5、围压反力架，安装在方形试块四周的加载空间内；以及
6、柔性加载机构，成对设置于方形试块的相对两个侧面，用于对方形试块进行三轴加载；其中，顶部的柔性加载机构设置于方形试块顶部和顶盖之间，底部的柔性加载机构设置于方形试块底部和底盖之间，四周的柔性加载机构设置于方形试块四周和围压反力架之间，所述围压反力架用于将柔性加载机构加载过程中产生的反力均匀传递给筒体内侧壁。
7、更进一步，所述围压反力架包括成对设置在方形试块相对两个侧面外的楔形预压模块，所述楔形预压模块包括下楔形块、上楔形块以及能够调整两者之间相对位置并锁定的调节件，上楔形块、下楔形块叠合设置在方形试块的侧面和筒体内壁之间，所述下楔形块外侧面配置为筒体内壁贴合用于分散反作用力的曲面，所述上楔形块内侧面配置为与方形试块侧面配合的平面，上楔形块、下楔形块之间通过楔形面配合，使得上楔形块、下楔形块之间发生上下相对运动时能够调整厚度。
8、更进一步，所述方形试块上一对相对设置的两个侧面为临空面、另一对相对设置的两个侧面为非临空面，四周的所述柔性加载机构设置于非临空面与楔形预压模块之间，临空面与筒体内壁之间配置有间隙，以通过向加载空间内导入液压油进行加载。
9、更进一步，所述柔性加载机构包括平板型的液囊，所述液囊由高强薄壁钢板焊接形成，其平板形状与方形试块相应的侧面匹配，所述液囊通过液压油管道与筒体外供油系统相连。
10、更进一步，所述方形试块的每个侧面均通过密封胶固定有垫板。
11、更进一步，所述上剪切环和下剪切环结构相同，均由多个曲面剪切块拼接成完整的剪切环，所述筒体上部和下部的内壁相应位置均设置有环形卡槽，每个所述曲面剪切块均通过径向固定件固定在环形卡槽内。
12、更进一步，对于每个剪切环，所述曲面剪切块分为曲面梯形剪切块和曲面长方形剪切块，所述曲面梯形剪切块和曲面长方形剪切块间隔交替设置，使得能够通过径向移动的方式拼接形成剪切环。
13、更进一步，所述顶盖中心处安装有固定座，固定座上安装有多个与曲面长方形剪切块相连的牵引件，通过牵引件的牵引能够实现曲面长方形剪切块的径向运动。
14、更进一步，所述筒体上部内径大于筒体中部内径，筒体中部内径大于筒体下部内径。
15、更进一步，所述底盖上贯穿开设有第一导油孔，所述顶盖上贯穿开设有与第一导油孔连通的第二导油孔，通过第一导油孔和第二导油孔向筒体内循环注入热的液压油，以对方形试块进行加热和加压。
16、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
17、1.通过设置楔形预压模块的方式消除了液囊与筒体内壁之间的装配间隙，使得液囊完全贴合地作用于方形试块的变形上，使其能应用到大尺寸物理模型试验机上，进而克服了传统物理模型试验机刚性加载装置难以输出均匀荷载的先天缺陷；
18、2.柔性加载机构通过顶盖和底盖内置于密封的筒体内，在对方形试块施加载荷时无需在筒体上开孔，保证了筒体结构完整性，提高了筒体承载能力和密封性能；
19、3.底盖、下剪切环、筒体、顶盖、上剪切环组成了自平衡结构，无需增设反力框架，整体结构简洁，同时根据加载受力情况优化设计为筒体结构，减少了对大尺寸锻件的依赖，极大地降低了制造成本和安置空间要求；
20、4.通过油浴的方式对方形试块进行加热，并通过的热的液压油循环流动以保证油体温度的均匀性，避免了方形试块由于局部温度梯度过高而造成在试验过程中产生热损伤；
21、5.方形试块可承受三个方向不等应力和高温，能满足对深部岩土工程“三高”环境的模拟。
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1.一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述围压反力架包括成对设置在方形试块相对两个侧面外的楔形预压模块，所述楔形预压模块包括下楔形块、上楔形块以及能够调整两者之间相对位置并锁定的调节件，上楔形块、下楔形块叠合设置在方形试块的侧面和筒体内壁之间，所述下楔形块外侧面配置为筒体内壁贴合用于分散反作用力的曲面，所述上楔形块内侧面配置为与方形试块侧面配合的平面，上楔形块、下楔形块之间通过楔形面配合，使得上楔形块、下楔形块之间发生上下相对运动时能够调整厚度。
3.根据权利要求2所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述方形试块上一对相对设置的两个侧面为临空面、另一对相对设置的两个侧面为非临空面，四周的所述柔性加载机构设置于非临空面与楔形预压模块之间，临空面与筒体内壁之间配置有间隙，以通过向加载空间内导入液压油进行加载。
4.根据权利要求2所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述柔性加载机构包括平板型的液囊，所述液囊由高强薄壁
5.根据权利要求3所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述方形试块的每个侧面均通过密封胶固定有垫板。
6.根据权利要求2所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述上剪切环和下剪切环结构相同，均由多个曲面剪切块拼接成完整的剪切环，所述筒体上部和下部的内壁相应位置均设置有环形卡槽，每个所述曲面剪切块均通过径向固定件固定在环形卡槽内。
7.根据权利要求6所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，对于每个剪切环，所述曲面剪切块分为曲面梯形剪切块和曲面长方形剪切块，所述曲面梯形剪切块和曲面长方形剪切块间隔交替设置，使得能够通过径向移动的方式拼接形成剪切环。
8.根据权利要求7所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述顶盖中心处安装有固定座，固定座上安装有多个与曲面长方形剪切块相连的牵引件，通过牵引件的牵引能够实现曲面长方形剪切块的径向运动。
9.根据权利要求2所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述筒体上部内径大于筒体中部内径，筒体中部内径大于筒体下部内径。
10.根据权利要求1所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述底盖上贯穿开设有第一导油孔，所述顶盖上贯穿开设有与第一导油孔连通的第二导油孔，通过第一导油孔和第二导油孔向筒体内循环注入热的液压油，以对方形试块进行加热和加压。
...【技术特征摘要】
1.一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述围压反力架包括成对设置在方形试块相对两个侧面外的楔形预压模块，所述楔形预压模块包括下楔形块、上楔形块以及能够调整两者之间相对位置并锁定的调节件，上楔形块、下楔形块叠合设置在方形试块的侧面和筒体内壁之间，所述下楔形块外侧面配置为筒体内壁贴合用于分散反作用力的曲面，所述上楔形块内侧面配置为与方形试块侧面配合的平面，上楔形块、下楔形块之间通过楔形面配合，使得上楔形块、下楔形块之间发生上下相对运动时能够调整厚度。
3.根据权利要求2所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述方形试块上一对相对设置的两个侧面为临空面、另一对相对设置的两个侧面为非临空面，四周的所述柔性加载机构设置于非临空面与楔形预压模块之间，临空面与筒体内壁之间配置有间隙，以通过向加载空间内导入液压油进行加载。
4.根据权利要求2所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所述柔性加载机构包括平板型的液囊，所述液囊由高强薄壁钢板焊接形成，其平板形状与方形试块相应的侧面匹配，所述液囊通过液压油管道与筒体外供油系统相连。
5.根据权利要求3所述的一种大空间高温高压真三轴柔性加载装置，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛强，李小春，阮航，江权，吴青钱，
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：
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