一種沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備。本發(fā)明包括頂板、底座、支撐立柱、絲杠柱、橫梁、橫梁升降電機(jī)及減速機(jī)部件、鏈條齒輪、沖擊錘頭、沖擊錘導(dǎo)桿、水平X方向加載夾板、水平Y(jié)方向加載夾板、水平X方向伺服液壓缸、水平Y(jié)方向伺服液壓缸、垂真Z方向伺服液壓缸、加速度傳感器。本發(fā)明的沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備能對較大尺寸巖石類試樣在三個方向預(yù)施加靜、動態(tài)載荷并能沿垂直方向?qū)r石試樣施加一定的波形沖擊載荷，以模擬巖石試樣在深部高應(yīng)力環(huán)境中擾動的響應(yīng)情況。
【專利說明】一種沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖體力學(xué)試驗設(shè)備，具體的說，涉及一種具有沖擊擾動功能的沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]在自然界的各種工程實踐中，如各類礦山工程、鐵路公路隧洞施工等，深部高應(yīng)力巖體開挖時，巖體在承受地應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力等高靜態(tài)載荷作用的同時，還要承受原巖應(yīng)力場變化或鄰近洞室開挖而引發(fā)的應(yīng)力擾動影響以及開挖爆破作業(yè)或機(jī)械鉆鑿等動載的作用或地震、爆破引起的沖擊力等動載荷作用。應(yīng)該看到，地下深部巖體工程結(jié)構(gòu)在受到地震波、爆破沖擊波等沖擊擾動，誘發(fā)巖體、工程結(jié)構(gòu)的動態(tài)失穩(wěn)產(chǎn)生的損害很大，這方面的現(xiàn)場實錄研究很多，同時國內(nèi)相關(guān)室內(nèi)試驗設(shè)備還處在動態(tài)小尺寸試件或靜態(tài)大尺寸試件的試驗研究，相關(guān)動靜組合加載試驗裝置普遍以小尺寸的標(biāo)準(zhǔn)試樣為研究對象，且動載荷和主靜載荷方向相同，還沒有對較大尺寸試件的靜態(tài)、動態(tài)及沖擊相結(jié)合的試驗研究。因此，為適應(yīng)復(fù)雜多變的深部地下巖體工程的研究需求，需要有更好的試驗裝置來進(jìn)行試驗。
[0003]目前，利用普通萬能材料試驗機(jī)經(jīng)過加裝側(cè)面加載裝置可以實現(xiàn)單軸到三軸的巖石靜載試驗，使用液壓伺服系統(tǒng)可以實現(xiàn)三維的曲線波形準(zhǔn)靜態(tài)加載試驗方式，但目前還未有利用沖擊錘實現(xiàn)模擬爆破、地震等沖擊擾動的三軸試驗設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能對較大尺寸巖石類試樣在三個方向預(yù)施加靜、動態(tài)載荷并能沿垂直方向?qū)r石試樣施加一定的波形沖擊載荷，以模擬巖石試樣在深部高應(yīng)力環(huán)境中擾動的響應(yīng)情況的沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備，包括頂板、底座、支撐立柱、絲杠柱；它還包括橫梁、橫梁升降電機(jī)及減速機(jī)部件、鏈條齒輪、沖擊錘頭、沖擊錘導(dǎo)桿、水平X方向加載夾板、水平Y(jié)方向加載夾板、水平X方向伺服液壓缸、水平Y(jié)方向伺服液壓缸、垂真Z方向伺服液壓缸；頂板與底座平行，頂板與底座之間由兩根呈對角分布的支撐立柱固定連接，頂板與底座之間的另一對角上各安裝有一根絲杠柱；安裝于頂板上的橫梁升降電機(jī)及減速機(jī)部件通過鏈條齒輪與兩根絲杠柱上端連接，帶動絲杠柱轉(zhuǎn)動；所述橫梁的兩端安裝于兩根絲杠柱中部，絲杠柱轉(zhuǎn)動帶動橫梁上下移動；橫梁上安裝有垂真Z方向伺服液壓缸，垂真Z方向伺服液壓缸與橫梁下的沖擊錘頭連接，沖擊錘頭上安裝有加速度傳感器；沖擊錘頭上固連有兩根豎直沖擊錘導(dǎo)桿，沖擊錘導(dǎo)桿活動穿過橫梁和頂板；所述底座的橫向方向上設(shè)有水平Y(jié)方向加載夾板和水平Y(jié)方向伺服液壓缸，所述底座的縱向方向上設(shè)有水平X方向加載夾板和水平X方向伺服液壓缸，各伺服液壓缸與相對應(yīng)的加載夾板連接；所述各加載夾板和沖擊錘頭圍合成的空間中放置被測巖石試樣；所述各伺服液壓缸通過高壓油路與伺服液壓系統(tǒng)連接，通過伺服液壓系統(tǒng)向被測巖石試樣施加沖擊載荷、擾動加載；所述伺服液壓系統(tǒng)、加速度傳感器通過信號線與外部計算機(jī)連接。
[0006]具體的，所述沖擊載荷、擾動加載為半正弦波、三角波、方波形式的曲線載荷。
[0007]所述加載夾板可根據(jù)被測巖石試樣的尺寸大小的變化更換不同尺寸的加載板。
[0008]所述被測巖石試樣的尺寸大小在X、Y、Z三個方向上為200— 700mm。
[0009]本發(fā)明所述沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備,能對較大尺寸巖石類試樣在三個方向預(yù)施加靜、動態(tài)載荷并能沿垂直方向?qū)r石試樣施加一定的波形沖擊載荷，以模擬巖石試樣在深部高應(yīng)力環(huán)境中擾動的響應(yīng)情況。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備中被測巖石試樣受靜載-沖擊載荷不意圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備中被測巖石試樣受靜載-擾動載荷不意圖。

【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0014]如圖1所示，為本發(fā)明沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括橫梁升降電機(jī)及減速機(jī)部件1、鏈條齒輪2、頂板3、支撐立柱4、絲杠柱5、橫梁6、被測巖石試樣7、水平Y(jié)方向加載夾板8、水平X方向伺服液壓缸9、水平X方向加載夾板10、底座11、水平Y(jié)方向伺服液壓缸12、沖擊錘頭13、氣缸14、垂真Z方向伺服液壓缸15、絲杠柱16、支撐立柱17、沖擊錘導(dǎo)桿18。頂板3與底座11之間由兩根呈對角分布的支撐立柱4和支撐立柱17固定連接，頂板3與底座11之間的另一對角上安裝有絲杠柱5和絲杠柱16。安裝于頂板3上的橫梁升降電機(jī)及減速機(jī)部件I通過鏈條齒輪2與兩根絲杠柱5、17上端連接，帶動絲杠柱5、17轉(zhuǎn)動；橫梁6的兩端安裝于兩根絲杠柱5、17的中部，絲杠柱5、17轉(zhuǎn)動帶動橫梁6上下移動；橫梁6上安裝有垂真Z方向伺服液壓缸15,垂真Z方向伺服液壓缸15與橫梁6下的沖擊錘頭13連接，沖擊錘頭13上安裝有加速度傳感器(圖中未畫出)；沖擊錘頭13上固連有兩根豎直沖擊錘導(dǎo)桿18,沖擊錘導(dǎo)桿18活動穿過橫梁6和頂板3 ;底座11的橫向方向上設(shè)有水平Y(jié)方向加載夾板8和水平Y(jié)方向伺服液壓缸12，水平Y(jié)方向加載夾板8與水平Y(jié)方向伺服液壓缸12連接；底座11的縱向方向上設(shè)有水平X方向加載夾板10和水平X方向伺服液壓缸9，水平X方向加載夾板10與水平X方向伺服液壓缸9連接；水平Y(jié)方向加載夾板8、水平X方向加載夾板10和沖擊錘頭圍合成的空間中放置被測巖石試樣7 ;各伺服液壓缸通過高壓油路與伺服液壓系統(tǒng)連接，通過伺服液壓系統(tǒng)向被測巖石試樣施加沖擊載荷、擾動加載；各伺服液壓缸均帶有力傳感器，伺服液壓系統(tǒng)、各力傳感器、加速度傳感器通過信號線與外部計算機(jī)連接。
[0015]上述伺服液壓系統(tǒng)通過水平X方向伺服液壓缸9、水平Y(jié)方向伺服液壓缸12、垂真Z方向伺服液壓缸15向被測巖石試樣7施加沖擊載荷、擾動加載,沖擊載荷、擾動加載為半正弦波、三角波、方波形式的曲線載荷。
[0016]被測巖石試樣7的尺寸大小在X、Y、Z三個方向上為200— 700mm。水平Y(jié)方向加載夾板8和水平X方向加載夾板10可根據(jù)被測巖石試樣7的尺寸大小的變化更換不同尺寸的加載板。
[0017]實施例一:
[0018]試驗時，根據(jù)被測巖石試樣7的尺寸，調(diào)整水平Y(jié)方向加載夾板8與水平X方向加載夾板10的位置，將被測巖石試樣7中心對準(zhǔn)水平Y(jié)方向加載夾板8與水平X方向加載夾板10的中心，通過水平X方向伺服液壓缸9和水平Y(jié)方向伺服液壓缸12進(jìn)行預(yù)夾緊，對被測巖石試樣7施加預(yù)緊載荷，然后釋放氣缸14,沖擊錘頭13釋放,對被測巖石試樣7施加垂直方向的沖擊載荷，實現(xiàn)三軸狀態(tài)下靜載和沖擊載荷共同作用的試驗效果，被測巖石試樣7所受靜載-沖擊載荷示意圖如圖2所示。
[0019]實施例二:
[0020]試驗時，根據(jù)被測巖石試樣7的尺寸，調(diào)整水平Y(jié)方向加載夾板8與水平X方向加載夾板10的位置，將被測巖石試樣7中心對準(zhǔn)水平Y(jié)方向加載夾板8與水平X方向加載夾板10的中心，通過計算機(jī)自動按照實驗的要求調(diào)節(jié)伺服液壓系統(tǒng)，由伺服液壓缸9、12、15對被測巖石試樣7的三個軸向施加靜載荷、動載荷、擾動加載等，并且可實現(xiàn)半正弦波、三角波、方波等曲線載荷的加載，實現(xiàn)三軸狀態(tài)下靜載和動態(tài)擾動載荷共同作用的試驗效果，被測巖石試樣7所受靜載-擾動載荷示意圖如圖3所示。
[0021]以上實施例中，沖擊力值曲線、垂直方向加速度曲線可以通過力傳感器和加速度傳感器獲得，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳遞到計算機(jī)軟件控制系統(tǒng)中，在液晶屏上實時顯示曲線和實驗數(shù)據(jù)，并且可以自動存儲數(shù)據(jù)在計算機(jī)中，還可根據(jù)試驗的要求生成試驗報告。
[0022]上面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備作了詳細(xì)的說明，本發(fā)明并不限于上面所描述的內(nèi)容，在本領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，不脫離本發(fā)明構(gòu)思作出的各種變化，仍落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備，包括頂板、底座、支撐立柱、絲杠柱；其特征在于:它還包括橫梁、橫梁升降電機(jī)及減速機(jī)部件、鏈條齒輪、沖擊錘頭、沖擊錘導(dǎo)桿、水平X方向加載夾板、水平Y(jié)方向加載夾板、水平X方向伺服液壓缸、水平Y(jié)方向伺服液壓缸、垂真Z方向伺服液壓缸；頂板與底座平行，頂板與底座之間由兩根呈對角分布的支撐立柱固定連接，頂板與底座之間的另一對角上各安裝有一根絲杠柱；安裝于頂板上的橫梁升降電機(jī)及減速機(jī)部件通過鏈條齒輪與兩根絲杠柱上端連接，帶動絲杠柱轉(zhuǎn)動；所述橫梁的兩端安裝于兩根絲杠柱中部，絲杠柱轉(zhuǎn)動帶動橫梁上下移動；橫梁上安裝有垂真Z方向伺服液壓缸，垂真Z方向伺服液壓缸與橫梁下的沖擊錘頭連接，沖擊錘頭上安裝有加速度傳感器；沖擊錘頭上固連有兩根豎直沖擊錘導(dǎo)桿，沖擊錘導(dǎo)桿活動穿過橫梁和頂板；所述底座的橫向方向上設(shè)有水平Y(jié)方向加載夾板和水平Y(jié)方向伺服液壓缸，所述底座的縱向方向上設(shè)有水平X方向加載夾板和水平X方向伺服液壓缸，各伺服液壓缸與相對應(yīng)的加載夾板連接；所述各加載夾板和沖擊錘頭圍合成的空間中放置被測巖石試樣；所述各伺服液壓缸通過高壓油路與伺服液壓系統(tǒng)連接，通過伺服液壓系統(tǒng)向被測巖石試樣施加沖擊載荷、擾動加載；所述伺服液壓系統(tǒng)、加速度傳感器通過信號線與外部計算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備，其特征在于:所述沖擊載荷、擾動加載為半正弦波、三角波、方波形式的曲線載荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備，其特征在于:所述各加載夾板可根據(jù)被測巖石試樣的尺寸大小的變化更換不同尺寸的加載板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的沖擊擾動圍巖試驗設(shè)備，其特征在于:所述被測巖石試樣的尺寸大小在X、Y、Z三個方向上為200— 700mm。
【文檔編號】G01N3/36GK104374655SQ201410712341
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月30日
【發(fā)明者】王斌, 曾澤民, 趙伏軍, 王衛(wèi)軍, 萬文 申請人:湖南科技大學(xué)