專利名稱：高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在水電、交通、能源、礦山和國(guó)防深部地下洞室工程領(lǐng)域使用的高 壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
19世紀(jì)是橋的世紀(jì)，20世紀(jì)是高層建筑的世紀(jì)，21世紀(jì)是人類開發(fā)利用地下空間的世 紀(jì)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多在建和即將新建的地下工程不斷走向深部。無(wú)論是礦 產(chǎn)資源開采的地下巷道、還是交通建設(shè)的地下隧洞以及水電開發(fā)的地下洞室等都逐漸向逾千 米或數(shù)千米的深部方向發(fā)展。隨著埋藏深度的增加，深部洞室?guī)r體在高地應(yīng)力荷載條件下， 洞室圍巖的結(jié)構(gòu)、力學(xué)特性和工程響應(yīng)出現(xiàn)了分區(qū)破裂、大變形、沖擊破壞等一系列新的特 征科學(xué)現(xiàn)象，這些特征科學(xué)現(xiàn)象與淺埋洞室圍巖工程響應(yīng)相比顯著不同，因而深部巖體工程 問(wèn)題引起了國(guó)際上巖石力學(xué)與工程領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的極大關(guān)注，成為近幾年該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn) 問(wèn)題。針對(duì)深部洞室工程巖體復(fù)雜的力學(xué)變形特性， 一方面要借助理論研究，另一方面，更 多地要借助結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)方法進(jìn)行研究。但要進(jìn)行深部洞室結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，就必須有相應(yīng)的 高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，目前有關(guān)結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀如下
(1) 《武漢水力電力大學(xué)學(xué)報(bào)》1992年第5期介紹了一種平面應(yīng)力試驗(yàn)裝置及加載系統(tǒng)， 其試驗(yàn)裝置是凈空為150cmX140cra封閉平面剛性加力架，加載系統(tǒng)由壓力盒，氣壓泵、管路、 壓力表組成，試驗(yàn)時(shí)由氣泵控制壓力逐級(jí)加載或卸載。該系統(tǒng)為平面加載，無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維加 載。
(2) 《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2004年第3期介紹了 -種巖土工程多功能模擬實(shí)驗(yàn)裝置， 該裝置主體加載支承結(jié)構(gòu)是由上、下蓋板、三角形分配塊和3套互相垂直正交的拉桿系統(tǒng)組 成。試驗(yàn)時(shí)模型平放在上、下蓋板之間，在模型相對(duì)兩邊分別施加垂直和水平地應(yīng)力。該系 統(tǒng)加載試件尺寸較小且無(wú)法實(shí)現(xiàn)高壓加載。
(3) 《水利學(xué)報(bào)》2002第5期介紹了一種離散化三維多:t應(yīng)力面加載試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)裝 置主要由垂直立柱、封閉式鋼結(jié)構(gòu)環(huán)梁、支撐鋼架組成，加載系統(tǒng)主要由高壓氣囊、反推力 板、限位千斤頂和空氣壓縮機(jī)組成。其試驗(yàn)架尺寸較大，并實(shí)現(xiàn)了按主應(yīng)力方向進(jìn)行加載， 但試驗(yàn)架側(cè)向撓度變形大，加載系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高壓加載。
(4) 《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2004年第21期介紹了一種平面應(yīng)變巷道模型試驗(yàn)臺(tái)，模 型尺寸為1 mXl mXO. 2 m，立式布置，該試驗(yàn)臺(tái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高壓加載。
(5) 《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2005年第16期介紹了一種三軸軟巖非線性力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)能進(jìn)行三軸拉壓、拉剪等多種組合試驗(yàn)和對(duì)不同加卸載過(guò)程進(jìn)行模擬，系統(tǒng)最大壓力 450kN，最大拉力75kN，試件最大尺寸為450 mmX 150隱X 150 mm。該系統(tǒng)模型試件尺寸較小，
同時(shí)無(wú)法模擬高壓加載過(guò)程。
(6) 《地下空間》2004第4期介紹了一種公路隧道結(jié)構(gòu)與圍巖綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基 于"先加載、后挖澗"的原理，采用液壓千斤頂在模型試件外部加載以模擬上覆巖土層自重 應(yīng)力，用內(nèi)置千斤頂及位移計(jì)模擬開挖體應(yīng)力響應(yīng)及位移變化。該系統(tǒng)無(wú)法模擬深部洞室高 壓加載。
(7) 《土木工程學(xué)報(bào)》2005年第12期，以及申請(qǐng)?zhí)枮?00510045291.7的中國(guó)實(shí)用新型介 紹了一種新型巖土地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由盒式臺(tái)架裝置、帶扁千斤頂?shù)淖兒?加載板、液壓加載控制試驗(yàn)臺(tái)組成。該系統(tǒng)具有規(guī)模大、組裝靈活、尺寸可調(diào)、能進(jìn)行同步 非均勻加載的優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)只能進(jìn)行平面加載且加載荷載值有限，無(wú)法模擬深部洞室高壓加 載過(guò)程。
(8) 《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2008年第1期介紹了一種伺服控制高溫高壓巖體三軸試驗(yàn) 機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)可進(jìn)行高溫高壓條件下的巖石假三軸試驗(yàn)，試樣尺寸為ct)200mraX400咖。該試 驗(yàn)機(jī)主要用于高溫條件下的加載，雖然加載壓力較高，但無(wú)法模擬巖體試件的真三軸加載， 且試樣尺寸較小。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種智能化的、可模擬大尺寸巖體試件同 步、獨(dú)立高壓加載的三維結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括 智能液壓控制系統(tǒng)、高壓加載系統(tǒng)和反力裝置系統(tǒng)，高壓加載系統(tǒng)設(shè)置于反力裝置系統(tǒng)內(nèi)， 智能液壓控制系統(tǒng)的智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)高壓油管與高壓加載系統(tǒng)連接，高壓加載系統(tǒng) 包括千斤頂和加載板，千斤頂?shù)囊欢伺c加載板連接，另一端與反力裝置系統(tǒng)連接，與千斤頂 相連的六塊加載板分別緊貼在試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷那?、后、左、右、上、下六個(gè)側(cè)面上。
所述的反力裝置系統(tǒng)包括模型反力裝置、法蘭盤和反力傳遞板，模型反力裝置由盒式鑄 鋼構(gòu)件和角鋼構(gòu)件通過(guò)高強(qiáng)連接螺栓連接組成；反力傳遞板一側(cè)面緊靠模型反力裝置的內(nèi)壁， 法蘭盤通過(guò)內(nèi)六角螺栓固定在反力傳遞板的另一相對(duì)側(cè)而上，高壓加載系統(tǒng)的千斤頂通過(guò)內(nèi) 六角螺栓固定在法蘭盤上。
所述的千斤頂與加載板通過(guò)內(nèi)六角螺栓連接。
所述的智能液壓控制系統(tǒng)由智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)和高壓油管組成，高壓油管連接智能液 壓控制試驗(yàn)臺(tái)和千斤頂。
所述的六塊加載板中的前后相對(duì)應(yīng)的兩塊加載板上通過(guò)螺栓連接有可進(jìn)行洞室軸向加載 開挖的導(dǎo)洞盤。
所述的加載板上設(shè)有引線孔。
本實(shí)用新型與國(guó)內(nèi)外同類型的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)相比具有如下顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì) (1)系統(tǒng)能自動(dòng)控制模型前后、左右、上下三對(duì)方向的同歩加載，但每對(duì)方向又可獨(dú)立
加載，有效實(shí)現(xiàn)模型系統(tǒng)的真三維加載。
(2) 三維試驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽巛^大，最大可為1000ramX1000畫X1000mm，這是目前國(guó)內(nèi)外真三 維高壓加載最大的模型試驗(yàn)尺寸。
(3) 模型系統(tǒng)加載荷載值大，泵站工作壓力為32. 5MPa,模型每側(cè)能夠施加的最大荷載為 2000KN，考慮l: 100的模型相^Jl比，該系統(tǒng)可模擬的地下洞室最大埋深為2萬(wàn)米，可有效反映 深部洞室?guī)r體在高荷載狀態(tài)下的變形破壞過(guò)程與破壞機(jī)理。
(4) 模型系統(tǒng)加載自動(dòng)化程度和加載精度高，通過(guò)智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)模型 各側(cè)的同步、獨(dú)立高壓加載，模型分級(jí)加載精度為1%。
(5) 系統(tǒng)能保證模型試驗(yàn)的長(zhǎng)期穩(wěn)壓。當(dāng)加壓到設(shè)定壓力值后，系統(tǒng)通過(guò)智能液壓控制 系統(tǒng)自動(dòng)切斷油泵供油，并保持油壓穩(wěn)定，試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)油壓下降時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)智能液壓 控制系統(tǒng)能自動(dòng)開啟油泵重新供油以保證試驗(yàn)壓力穩(wěn)定。
(6) 系統(tǒng)加載功能多，通過(guò)分壓控制實(shí)現(xiàn)模型的一維、二維和三維加載。
(7) 系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)洞盤實(shí)現(xiàn)深部洞室軸向加載狀態(tài)下的開挖與支護(hù)，克服了目前國(guó)內(nèi)外關(guān) 于地下洞室模型試驗(yàn)軸向加載開洞的難題。
(8) 系統(tǒng)采用雙缸回油卸壓方式，可模擬大尺寸三維模型的加載與卸載過(guò)程。
(9) 模型系統(tǒng)剛度高、整體穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單方便。
(10) 高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于水電、交通、能源、礦山、國(guó)防等工程 領(lǐng)域的深部地下洞室結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)研究，應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益顯著。


圖l是本實(shí)用新型系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖2是千斤頂加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖3為反力傳遞板結(jié)構(gòu)示意其中l(wèi).智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)，2.千斤頂，3.加戰(zhàn)板，4.法蘭盤，5.反力傳遞板，6模型 反力裝置，7.試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?.高壓油管，9.洞室軸向開挖導(dǎo)洞盤，10.角鋼構(gòu)件，11.高強(qiáng)連 接螺栓，12.引線孔，13.內(nèi)六角螺栓。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一歩說(shuō)明。
圖1-圖3中，高壓加載系統(tǒng)設(shè)置于反力裝置系統(tǒng)內(nèi)，智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)l通過(guò)高壓油 管8與高壓加載系統(tǒng)連接，高壓加載系統(tǒng)包括千斤頂2和加載板3，千斤頂2的一端通過(guò)內(nèi) 六角螺栓13與加載板3的一個(gè)側(cè)面連接，另一端與反力裝置系統(tǒng)連接，加載板3上設(shè)有引線 孔12，六個(gè)加載板3與千斤頂2連接相對(duì)的另一側(cè)面分別緊靠在試驗(yàn)?zāi)Ｐ?的六個(gè)側(cè)面上。
反力裝置系統(tǒng)包括模型反力裝置6、法蘭盤4和反力傳遞板5，模型反力裝置6由盒式鑄 鋼構(gòu)件和角鋼構(gòu)件10通過(guò)高強(qiáng)連接螺栓11連接組成，盒式鑄鋼構(gòu)件上設(shè)有引線孔12。反力 傳遞板5 —側(cè)面緊靠模型反力裝置6的內(nèi)壁，法蘭盤4通過(guò)內(nèi)六角螺栓13固定在反力傳遞板
5的另一相對(duì)側(cè)面上，高壓加載系統(tǒng)的千斤頂2通過(guò)內(nèi)六角螺栓13固定在法蘭盤4上。反力 裝置系統(tǒng)用于承擔(dān)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?加載傳來(lái)的反力。
智能液壓控制系統(tǒng)主要用于模型試驗(yàn)的自動(dòng)加載與穩(wěn)壓控制，該系統(tǒng)主要由智能液壓控 制試驗(yàn)臺(tái)1和高壓油管8組成。高壓油管8連接智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)1和千斤頂2。智能液壓控制 試驗(yàn)臺(tái)l內(nèi)設(shè)油箱、高壓油泵、電機(jī)、智能傳感器、電磁溢流閥、電磁換向閥、濾油器、單向 閥、分配閥，在控制臺(tái)面上設(shè)有智能數(shù)顯壓力表、電源開關(guān)、指示燈和控制按鈕。智能液壓 控制系統(tǒng)主要用于試驗(yàn)?zāi)Ｐ?前后、左右、上下三對(duì)方向的同歩、獨(dú)立高壓加載，當(dāng)系統(tǒng)加壓 到系統(tǒng)設(shè)定的壓力值后，系統(tǒng)能自動(dòng)切斷油泵供油，并保持油壓長(zhǎng)期穩(wěn)定。試驗(yàn)過(guò)程中，即 使由于液壓的部分回油或少量漏油，系統(tǒng)也能迅速地補(bǔ)償油路損失來(lái)恒定所需壓力值。
高壓加載系統(tǒng)主要用于給試驗(yàn)?zāi)Ｐ?施加高荷載，該系統(tǒng)主要由二十四個(gè)大噸位液壓千 斤頂2、尺寸可調(diào)的六塊加載板3組成。單個(gè)千斤頂2的設(shè)計(jì)推力為500KN,每塊加載板3與 四個(gè)千斤頂2通過(guò)內(nèi)六角螺栓13連接，每塊加載板3施加給試驗(yàn)?zāi)Ｐ?的最大荷載為2000KN。
如圖1所示，帶千斤頂2的前后加載板3通過(guò)智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)1控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ?的 前后同步加載；帶千斤頂2的左右加載板3通過(guò)智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)1控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ?的左 右同步加載；帶千斤頂2的上下加載板3通過(guò)智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)1控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ?的上下 同步加載。
試驗(yàn)?zāi)Ｐ?各側(cè)面緊靠的加載板3的厚度為3mm、加載板3的長(zhǎng)度和高度可根據(jù)試驗(yàn)?zāi)?型7的尺寸任意進(jìn)行調(diào)整，加載板3通過(guò)內(nèi)六角螺栓13連接4個(gè)千斤頂2，千斤頂2的設(shè)計(jì) 推力500KN，加載板的最大加載荷載為2000KN，考慮1: 100的模型相似比，該系統(tǒng)可模擬最 大埋深為2萬(wàn)米的深部洞室開挖的非線性變形破壞過(guò)程。
洞室軸向開挖導(dǎo)洞盤9通過(guò)可拆卸螺栓連接在前后兩塊相對(duì)應(yīng)的加載板3上，試驗(yàn)?zāi)Ｐ?7三維加載后，拆下導(dǎo)洞盤9可實(shí)現(xiàn)模型洞室軸向加載丌挖與支護(hù)。
如圖2、圖3所示，千斤頂2的后端通過(guò)內(nèi)六角螺栓13與加載鋼板3連接，加載板3將 荷載直接施加于試驗(yàn)?zāi)Ｐ?上；千斤頂2的前端首先通過(guò)內(nèi)六角螺栓13與法蘭盤4相連，然 后再通過(guò)內(nèi)六角螺栓13將法蘭盤4與反力傳遞板5相連，最后將反力傳遞板5與模型反力裝 置6緊靠在一起。
權(quán)利要求1. 一種高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括智能液壓控制系統(tǒng)、高壓加載系統(tǒng)和反力裝置系統(tǒng)，高壓加載系統(tǒng)設(shè)置于反力裝置系統(tǒng)內(nèi)，智能液壓控制系統(tǒng)的智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)高壓油管與高壓加載系統(tǒng)連接，其特征在于高壓加載系統(tǒng)包括千斤頂和加載板，千斤頂?shù)囊欢伺c加載板連接，另一端與反力裝置系統(tǒng)連接，與千斤頂相連的六塊加載板分別緊貼在試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷那?、后、左、右、上、下六個(gè)側(cè)面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的反力裝置系 統(tǒng)包括模型反力裝置、法蘭盤和反力傳遞板，模型反力裝置由盒式鑄鋼構(gòu)件和角鋼構(gòu)件通過(guò) 高強(qiáng)連接螺栓連接組成；反力傳遞板一側(cè)面緊靠模型反力裝置的內(nèi)壁，法蘭盤通過(guò)內(nèi)六角螺 栓固定在反力傳遞板的另一相對(duì)側(cè)面上，高壓加載系統(tǒng)的千斤頂通過(guò)內(nèi)六角螺栓固定在法蘭 盤上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的千斤頂與加 載板通過(guò)內(nèi)六角螺栓連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的智能液壓控 制系統(tǒng)由智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)和高壓油管組成，高壓油管連接智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)和千斤頂。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的六塊加載板 中的前后相對(duì)應(yīng)的兩塊加載板上通過(guò)螺栓連接有可進(jìn)行洞室軸向加載開挖的導(dǎo)洞盤。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的加載板上設(shè) 有引線孔。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高壓加載結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括智能液壓控制系統(tǒng)、高壓加載系統(tǒng)和反力裝置系統(tǒng)，高壓加載系統(tǒng)設(shè)置于反力裝置系統(tǒng)內(nèi)，智能液壓控制系統(tǒng)的智能液壓控制試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)高壓油管與高壓加載系統(tǒng)連接，高壓加載系統(tǒng)包括千斤頂和加載板，千斤頂?shù)囊欢伺c加載板連接，另一端與反力裝置系統(tǒng)連接，與千斤頂相連的六塊加載板分別緊貼在試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷那?、后、左、右、上、下六個(gè)側(cè)面上。本實(shí)用新型具有同步、獨(dú)立、高壓加載，加載自動(dòng)化程度和加載精度高，加載功能多，實(shí)現(xiàn)洞室軸向加載開洞，加載系統(tǒng)剛度高、整體穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。該實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于水電、交通、能源、礦山、國(guó)防等工程領(lǐng)域的深部地下洞室結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)研究。
文檔編號(hào)G01N3/00GK201203599SQ200820023048
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者文 向, 張強(qiáng)勇, 李術(shù)才, 波 林, 王保群, 陳旭光, 馬國(guó)梁 申請(qǐng)人:山東大學(xué)