專利名稱：一種滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，該加載結(jié)構(gòu)可作為巖石真三 軸試驗系統(tǒng)加載部分的基本結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
巖石力學(xué)試驗的主要目的是模擬在自然應(yīng)力狀態(tài)下巖石的力學(xué)形為。從所周 知，自然界的巖體，尤其是在構(gòu)造應(yīng)力作用下，往往是三個方向應(yīng)力不等，而目 前現(xiàn)行的常規(guī)三軸試驗只能模擬中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力相等的圓柱試樣的力 學(xué)特性。模擬三軸應(yīng)力條件下巖石的力學(xué)特性采用真三軸試驗系統(tǒng)(True triaxial testing system: TTS)。大部分真三軸試驗的巖樣為長方體(或者立方體)，有6個 面，可以在三個方向受到不同均勻的壓力荷載，真三軸系統(tǒng)即測量這三個主方向 在載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，同時也可以測量巖樣不同方向的滲透系數(shù)。
主流的真三軸試驗系統(tǒng)的加載結(jié)構(gòu)可以分為以下四種類型
1、 三個方向三對千斤頂加載的固定式加載結(jié)構(gòu)。該類型的加載結(jié)構(gòu)基本采 用立方試樣，在試樣的6個面采用6個千斤頂來安裝。該結(jié)構(gòu)的不足是，成本高， 并且?guī)r石試樣的庫用分布很不均勻，且滲透系數(shù)測量很不方便。
2、 二個方向二對千斤頂加載和一個方向油壓加載的固定式加載結(jié)構(gòu)。該種 結(jié)構(gòu)較第一種己有改善，且可以測量滲透系數(shù)，但千斤頂加載的兩個方向仍存在 應(yīng)力分布不均勻問題，以及4個千斤頂及配套管路和控制設(shè)備帶來過高的成本。
3、 二個方向二個千斤頂加載一個方向油壓加載的雙向滑動式加載結(jié)構(gòu)，其 中雙向滑動框架是一水平一垂直，又稱茂木式。該種結(jié)構(gòu)只需要2個千斤頂加載， 大大減少試驗機(jī)成本，且框架的滑動性也保證了同一方向荷載大小一致和試樣始 終對中。其缺點是，垂直框架擋住三軸室，導(dǎo)致試樣安裝不便，成功率不高；為 了克服垂直框架重力影響，對結(jié)果進(jìn)行的改進(jìn)，增大了機(jī)器的復(fù)雜性，和試驗過程的不穩(wěn)定性。
4、 二個方向三個千斤頂一個方向油壓的單向滑動式結(jié)構(gòu)框架。為了克服第 3種結(jié)構(gòu)垂直滑動框架缺點，將垂直方向改為固定框架，增加了l個千斤頂。造 成了成本的相對提高。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有巖石真三軸系統(tǒng)加載結(jié)構(gòu)存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的是在于提 供了一種用于巖石真三軸試驗系統(tǒng)的滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，其能夠繼承茂木 式真三軸系統(tǒng)加載結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，并克服其由于垂直滑動框架帶來的試樣安裝不便 和試驗過程的不穩(wěn)定問題，且傳感器的安裝和擴(kuò)展方便，并能實現(xiàn)在無油壓情況 下試樣加載過程直接觀察。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，包括 滑動框架一、滑動框架二、真三軸壓力室、底座、滑道、框架一支撐、框架二支 撐?；瑒涌蚣芤惶峁┓较蛞坏囊粚Φ募虞d；滑動框架二提供方向二的一對加載； 井字型滑道和底座固定在一起；真三軸壓力室，其為充滿油的密閉體。
如上所述的滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，在滑動框架一上依次固定主框架橫 梁、副框架橫梁、 一對框架橫柱、4對鎖緊螺帽，液壓千斤頂，反力座。框架橫 柱與主框架橫梁和副框架橫梁連接，外鎖螺帽和內(nèi)鎖螺帽將框架橫柱和主框架橫 梁、副框架橫梁固定；液壓千斤頂和反力座分別置于主框架橫粱、副框架橫梁的
如上所述的滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，在滑動框架二上依次固定主框架橫 梁、副框架橫梁 一對框架橫柱、4對鎖緊螺帽，液壓千斤頂，反力座?？蚣軝M 柱與主框架橫梁和副框架橫梁連接，外鎖螺帽和內(nèi)鎖螺帽將框架橫柱和主框架橫 梁、副框架橫梁固定；液壓千斤頂和反力座分別置于主框架橫梁、副框架橫梁的內(nèi)側(cè)。
如上所述的滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，其滑動第一框架和滑動第二框架均橫 直并采用斜交式，避免了空間上的沖突。
如上所述的滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，其滑動框架一和滑動框架二分別通過 框架一支撐和框架二支撐安放井字型滑道，并可以沿方向一和方向二滑動，從而
4保證每個方向試樣的兩個面在加載過程中受到的載荷對稱。
如上所述的滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，其真三軸壓力室，安裝巖石試樣，提 供方向三的加載，并含有二對正交的滑塞傳遞框架一和框架二的載荷。
如上所述的滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，因其滑動框架一和滑動框架二橫置， 其上方無遮擋，可以方便進(jìn)行試驗和傳感器的裝卸以及試驗機(jī)的檢修。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)采用二個橫置交錯 式滑動框架，使加載時試樣兩端載荷大小一致同時，同時保持試樣始終處在中心 位置，從而保證了試樣內(nèi)部應(yīng)力分布均勻。本發(fā)明的真三軸壓力室上方無遮擋， 從而也確保試樣和傳感器可以方便裝，同時也為系統(tǒng)的檢修傳感器的擴(kuò)展帶來便 利。另外，本發(fā)明的橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)只需要兩個千斤頂和真三軸室的油壓加 載，簡化了真三軸的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，降低巖石真三軸系統(tǒng)制造成本。


圖l滑動橫置式對禾爾加載結(jié)構(gòu)俯視圖； 圖2滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)前視圖； 圖3滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)后視圖； 圖4真三軸壓力室內(nèi)空俯視圖； 其中
l一滑動框架一 (包括主框架橫粱l.l、副框架橫梁1.2、液壓千斤頂1.3、框
架橫柱1.4 (L4a、 L4b共兩根)、外鎖螺帽1.5 (1.5a、 1.5b、 1.5c、 1.5d共4個)、 內(nèi)鎖螺帽1.6 (1.6a、 1.6b、 1.6c、 1.6d共4個)、反力座1.7);
2— 滑動框^二 (包括主框架橫粱2.1、副框架橫梁2.2、液壓千斤頂2.3、框 架橫柱2.4 (2.4a、 2.4b共兩根)、外鎖螺帽2.5 (2.5a、 2.5b、 2.5c、 2.5d共4個)、 內(nèi)鎖螺帽2.6 (2.6a、 2.6b、 2.6c、 2.6d共4個)、反力座2.7);
3— 真三軸壓力室(包括真三軸室壁3.1、活塞3.2 (3.2a、 3.2b、 3.2c、 3.2d 共4個))；
4~底座
5—滑道(包括框架一滑道5.1 (5.1a、 5.1b共2條)、框架二滑道5.2 (5.2a、 5.2b共2條));200910060434.X
6— 框架一支撐(包括支撐6.1 (支撐立柱6.1a，支撐滑輪6.1b)、支撐6.2 (支撐立柱6.2a，支撐滑輪6.2b)、包括支撐6.3 (支撐立柱6.3a,支撐滑輪6.3b)、
包括支撐6.4 (支撐立柱6.4a，支撐滑輪6.4b)，共4個支撐)；
7— 框架二支撐(包括支撐7.1 (支撐立柱7.1a，支撐滑輪7.1b)、支撐7.2 (支撐立柱7.2a,支撐滑輪7.2b)、包括支撐7.3 (支撐立柱7.3a，支撐滑輪7.3b)、
包括支撐7.4 (支撐立柱7.4a，支撐滑輪7.4b)，共4個支撐)；
8— 端部墊塊(8.1、 8.2、 8.3、 8.4，共4個)； 9一巖石試樣s
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明
如圖l、 2禾卩3所示，滑動框架一l包括主框架橫粱l.l、副框架橫梁1.2、 液壓千斤頂L3、框架橫柱1.4、外鎖螺帽1.5、內(nèi)鎖螺帽1.6和反力座1.7。框架 橫柱1.4與主框架橫梁1.1和副框架橫梁1.2連接，外鎖螺帽1.5和內(nèi)鎖螺帽1.6 將框架橫柱1.4和主框架橫梁1.1、副框架橫梁1.2固定；液壓千斤頂1.3和反力 座1.7分別置于主框架橫梁1.1、副框架橫梁1.2的內(nèi)側(cè)。
如圖l、 2和3所示，'滑動框架二2包括主框架橫梁2.1、副框架橫梁2.2、 液壓千斤頂2.3、框架橫柱2.4、外鎖螺帽2.5、內(nèi)鎖螺帽2.6和反力座2.7?？蚣?橫柱2.4與主框架橫梁2.1和副框架橫梁2.2連接，外鎖螺帽2.5和內(nèi)鎖螺帽2.6 將框架橫柱2.4和主框架橫梁2.1、副框架橫梁2.2固定；液壓千斤頂2.3和反力 座2.7分別置于主框架橫梁2.1、副框架橫梁2.2的內(nèi)側(cè)。
如圖2、 3所^，底座4和滑道5組成一體，滑動框架一 1通過支撐6安放 在滑道5.1上，滑動框架二2通過支撐7安放在滑道5.2上，滑動框架一l和滑 動框架二 2分別可以沿滑道5.1和滑道5.2在一定范圍內(nèi)自由滑動。其中支撐6 和支撐7能夠?qū)崿F(xiàn)滑動框架一1和滑動框架二 2在水平方向以一定角度傾斜，避 免了滑動框架一1和滑動框架二 2空間上的沖突。
如圖l、 4所示，真三軸壓力室3包括真三軸室壁3.1、活塞3.2。試驗時， 真三軸壓力室3的內(nèi)空安置巖石試樣9和端部墊塊8，端部墊塊8.1、 8.2、 8.3、 8.4分別安裝在巖石試樣9法向水平的4個面，并分別傳遞活塞3.2a、 3.2b、 3.2c、
63.2d的載荷至巖石試樣9?；钊?.2a、 3.2c分別和滑動框架一 1上的千斤頂1.3和反力座1.7相接觸并傳遞載荷到端部墊塊8.1和8.3;活塞3.2d、 3.2b分別和滑動框架二 2上的千斤頂2.3和反力座2.7相接觸并傳遞載荷至端部墊塊8.4和8.2。
如圖1、 2、 3、 4所示，試驗時，首先通過試樣固定裝置(圖中未示出)將巖石試樣9安置的正中位置，然后滑動框架一 1和滑動框架二 2給巖石試樣9預(yù)壓，再退下固定裝置(圖中未示出)。當(dāng)滑動框架一 1上的液壓千斤頂1.3作動時，由于滑動框架一 1支撐6在滑道5.1上的滑動阻力很小，且小于巖石試樣9和端部墊塊8.1、 8.3的靜摩擦力以及端部墊塊8.1、 8.3和活塞3.2a、 3.2c的靜摩擦力，因此滑動框架一 1沿著滑動框架一 5.1滑道朝千斤頂1.3作動的反方向移動，而巖石試樣9并未發(fā)生移動，此時由于滑動框架一 1的移動從而使反力座1.7施加載荷，跟據(jù)力的平衡原理，反力座'1.7所施加載荷跟液壓千斤頂1.3作動載荷大一相同，方向相反，從而使巖石試樣9方向一的兩端受到相等壓力。同理，滑動框架二 2也是上述一致的施壓原理，也使巖石試樣9的方向二兩端受到相等的壓力。跟據(jù)上述的原理，可知巖石試樣9的法向水平的二對面在加載過程中始終保持一致，并且試樣也始終處于中間位置。
如圖2、 3、 4所示，滑動框架一1和滑動框架二2以一定的傾角(滑動框架一 1的傾斜角度為15°~25°，滑動框架二 2的傾斜角度為23°~34°，視真三軸系統(tǒng)的噸位、大小而定)水平正交橫置，且真三軸壓力室3上方無任何阻擋，方便裝卸巖石試樣9以及檢修。
本發(fā)明滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，采用的交錯式水平雙向橫置滑動式框架，克服了固定式框架結(jié)構(gòu)帶來系統(tǒng)成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且試樣應(yīng)用分布不均勻的缺陷，也克服了一^]垂直和一向水平滑動式框架結(jié)構(gòu)帶來的試樣安裝成功率低、系統(tǒng)加載過程不穩(wěn)定的缺陷。由于雙向滑動框架的水平放置，在千斤頂作動時，框架為了維持平衡而滑動，使得試樣兩端受到相等的載荷，而試樣始終處在中心位置，確保了試樣內(nèi)部應(yīng)力始終均勻分布。
本發(fā)明的滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)可用于巖石真三軸試驗系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、一種滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，它包括滑動框架一(1)、滑動框架二(2)、真三軸壓力室(3)、底座(4)、滑道(5)、框架一支撐(6)，框架二支撐(7)，其特征在于在滑動框架一(1)上依次固定主框架橫粱(1.1)、副框架橫梁(1.2)、液壓千斤頂(1.3)、一對框架橫柱(1.4)、外鎖螺帽(1.5)、內(nèi)鎖螺帽(1.6)、反力座(1.7)，框架橫柱(1.4)與主框架橫梁(1.1)和副框架橫梁(1.2)連接，外鎖螺帽(1.5)和內(nèi)鎖螺帽(1.6)將框架橫柱(1.4)和主框架橫粱(1.1)、副框架橫梁(1.2)固定；液壓千斤頂(1.3)和反力座(1.7)分別置于主框架橫粱(1.1)、副框架橫梁(1.2)的內(nèi)側(cè)；在滑動框架二(2)上依次固定主框架橫粱(2.1)、副框架橫梁(2.2)、壓液千斤頂(2.3)、一對框架橫柱(2.4)、外鎖螺帽(2.5)、內(nèi)鎖螺帽(2.6)、反力座(2.7)，框架橫柱(2.4)與主框架橫梁(2.1)和副框架橫梁(2.2)連接，外鎖螺帽(2.5)和內(nèi)鎖螺帽(2.6)將框架橫柱(2.4)和主框架橫粱(2.1)、副框架橫梁(2.2)固定；液壓千斤頂(2.3)和反力座(2.7)分別置于主框架橫粱(2.1)、副框架橫梁(2.2)的內(nèi)側(cè)；滑動框架一(1)和滑動框架二(2)均橫直，真三軸壓力室(3)放置在滑動框架一(1)和滑動框架二(2)的正中位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，其特征在于所 述的滑動框架一 (1)和滑動框架二 (2)通過分別通過框架一支撐(6)和框架 二支撐(2)安放滑道(5)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述的滑動框架一 (1)和滑動框架二 (2)以一定傾角傾斜，并水平正交橫置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述的滑動框架一 (1)的傾斜角度為15°~25°;滑動框架二 (2)的傾斜角度為 23。~34。。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種滑動橫置式對稱加載結(jié)構(gòu)，其基本組成是兩個滑動框架、真三軸壓力室、兩組支撐、以及兩組呈井字型滑道。兩個滑動框架正交橫置，每個滑動框架上依次固定主框架橫粱、副框架橫梁、一對框架橫柱、4對鎖緊螺帽，液壓千斤頂，反力座，框架橫柱與主框架橫梁和副框架橫梁連接，外鎖螺帽和內(nèi)鎖螺帽將框架橫柱和主框架橫粱、副框架橫梁固定，液壓千斤頂和反力座分別置于主框架橫粱、副框架橫梁的內(nèi)側(cè)；真三軸壓力室在兩個滑動框架正中；兩個滑動框架通過對應(yīng)的一組支撐放置在滑道上，并能在一定范圍內(nèi)自由移動。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，能夠保證試樣在加載過程中內(nèi)部應(yīng)力均勻分布，且試樣裝卸方便，并且結(jié)構(gòu)簡單，成本相對較低。
文檔編號G01N3/00GK101458192SQ20091006043
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者馮夏庭, 李小春, 露 石 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所