一種可持續(xù)追蹤蓄能型加載裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可持續(xù)追蹤蓄能型加載裝置，由試驗架和加載系統(tǒng)組成。加載系統(tǒng)包括彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)200和置于彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)上部的液壓千斤頂單元100兩個部分；其中，彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)由上板210，下板220和置于上板與下板之間的彈性蓄能機構(gòu)230構(gòu)成；試驗架300包含反力架以及高度可調(diào)的四根高強度螺栓；試驗架和加載系統(tǒng)置于高強度有機玻璃防護箱400內(nèi)。與現(xiàn)有加載裝置相比，本發(fā)明實現(xiàn)了加載過程的持續(xù)性和連續(xù)性，避免巖土工程室內(nèi)試驗過程中的斷載現(xiàn)象，保證了室內(nèi)試驗邊界條件的真實性，滿足了實驗需要，大大提高了實驗的準(zhǔn)確性。
【專利說明】一種可持續(xù)追蹤蓄能型加載裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程室內(nèi)試驗加載設(shè)備，尤其涉及模擬巖土體巖爆與大變形時所必須的實時持續(xù)加壓試驗裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]長大隧道為諸多交通工程、水利水電工程不可或缺的組成部分。作為典型的地下工程，初始地應(yīng)力場的存在直接決定工程的施工與運營狀態(tài)。作為研究地下工程施工過程力學(xué)的三大手段之一的室內(nèi)試驗，如何營造真實的初始地應(yīng)力場、科學(xué)的模擬材料配比和保持正確的邊界條件是試驗結(jié)果是否可信的關(guān)鍵。
[0003]對于初始地應(yīng)力場的建立，普遍采用液壓千斤頂?shù)募訅悍绞絹硗瓿?。通過不同數(shù)量的千斤頂進行合理的組合，可以獲得必須的初始地應(yīng)力場，但是在隧道開挖后，由于巖土體的徑向卸載會產(chǎn)生位移。而現(xiàn)在采用的加載系統(tǒng)在模擬隧道開挖卸載過程中普遍存在荷載中斷、不能實時施加的現(xiàn)象導(dǎo)致千斤頂不能實時提供壓力，導(dǎo)致邊界條件失真，從而使擾動后的應(yīng)力場偏離真實應(yīng)力場，所以不能真實模擬隧道施工的影響，比如圍巖的穩(wěn)定性、巖爆、大變形等典型問題。現(xiàn)在采用的加載系統(tǒng)在隧道開挖卸載過程中普遍存在荷載中斷、不能實時施加的現(xiàn)象，該現(xiàn)象直接影響室內(nèi)試驗地應(yīng)力場的變異連續(xù)性，導(dǎo)致隧道開挖后的二次應(yīng)力場、支護結(jié)構(gòu)施作后的三次應(yīng)力場、最終的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力場都將產(chǎn)生失真現(xiàn)象；另一方面，面對特殊的地質(zhì)情況，如大變形、巖爆、高壓突水等地質(zhì)災(zāi)害，現(xiàn)在廣泛采用的加載裝置無法科學(xué)模擬，導(dǎo)致試驗結(jié)果出現(xiàn)偏差，甚至錯誤，不能合理有效的指導(dǎo)設(shè)計與施工，其中的一個主要原因就是加載體系的失真，為了從根本上解決這一難題，必須對加載裝置這一關(guān)鍵性構(gòu)件進行突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是獲得一種可持續(xù)追蹤蓄能型加載裝置，以營造真實的初始地應(yīng)力場、保持正確的邊界條件和再現(xiàn)科學(xué)的應(yīng)力重分布場，并使之具有操作簡單、成本低、實驗準(zhǔn)確性性高的優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下的手段實現(xiàn)的:
[0006]一種可持續(xù)追蹤蓄能型加載裝置，由試驗架和加載系統(tǒng)組成，其特征在于，加載系統(tǒng)包括彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)200和置于彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)上部的液壓千斤頂單元100兩個部分；其中，彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)由上板210，下板220和置于上板與下板之間的彈性蓄能機構(gòu)230構(gòu)成；試驗架300包含反力架以及高度可調(diào)的四根高強度螺栓；試驗架和加載系統(tǒng)置于高強度有機玻璃防護箱400內(nèi)。
[0007]本發(fā)明加載裝置的使用方法，可概括為以下幾步:
[0008](I)根據(jù)模擬對象所處的地質(zhì)環(huán)境，大體確定模型所需要的總壓力；
[0009](2)結(jié)合彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)的參數(shù)，確定模型所需的加載裝置的總組數(shù)以及在模型臺架上的分布；[0010](3)合理確定各加載構(gòu)件的位置，及每組伺服控制系統(tǒng)對應(yīng)的彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)的個數(shù)，并對其位置進行合理確定；
[0011](4)通過伺服控制系統(tǒng)進行加壓，實現(xiàn)初始地應(yīng)力場的模擬，然后進行開挖、支護等相關(guān)的施工，再現(xiàn)應(yīng)力重分布場，直至試驗結(jié)束；
[0012](5)對加載系統(tǒng)進行卸載，回收彈性實時轉(zhuǎn)化構(gòu)件，并對其進行必要的校驗、修正和處理，以備下次使用。
[0013]在初始地應(yīng)力的模擬過程中，首先是通過液壓千斤頂施加壓力給彈性轉(zhuǎn)化機構(gòu)，由于其另一側(cè)的位移受模型架的限制，所以在加壓過程中將孕集彈性能，并將壓力傳遞到模型臺架上。該彈性轉(zhuǎn)化機構(gòu)孕集的彈性變形能，在開挖卸載導(dǎo)致位移產(chǎn)生時，可以根據(jù)變形量實時發(fā)生變形，從而將孕藏的彈性能實時轉(zhuǎn)化成荷載以追蹤的形式施加到模型架上，從而實現(xiàn)隧道開挖過程對隧道結(jié)構(gòu)及圍巖的真實作用。
[0014]與以往的加載裝置相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0015]( I)加載裝置的改裝簡單易行，彈性轉(zhuǎn)化機構(gòu)加工方便有效，結(jié)合擬施加的初始地應(yīng)力場，選擇與其相匹配的彈性實時加載系統(tǒng)即可；
[0016](2)持續(xù)加載效果明顯，避免因為隧道開挖徑向卸載導(dǎo)致的斷載現(xiàn)象，可以有效模擬高地應(yīng)力條件下的巖爆現(xiàn)象，甚至單軸壓縮條件下的巖石爆裂現(xiàn)象；
[0017](3)試驗加載裝置的成本容易控制，在顯著提高試驗結(jié)果科學(xué)性的前提下，投入不會大幅度提升，通過與液壓伺服控制系統(tǒng)相連，可以實現(xiàn)荷載的精確施加和實時記錄與反饋。
[0018]【專利附圖】

【附圖說明】如下:
[0019]圖1是本發(fā)明實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)的示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明單軸加載系統(tǒng)為例來說明該轉(zhuǎn)化機構(gòu)的剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明做進一步的說明:
[0022]可持續(xù)追蹤蓄能型加載裝置，由試驗架和加載系統(tǒng)組成。加載系統(tǒng)包括彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)200和置于彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)上部的液壓千斤頂單元100兩個部分。其中，彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)由上板210，下板220和置于上板與下板之間的彈性蓄能機構(gòu)230構(gòu)成；試驗架300包含反力架(310和320)以及高度可調(diào)的四根高強度螺栓(331、332、333、334);試驗架和加載系統(tǒng)置于高強度有機玻璃防護箱400內(nèi)。
[0023]在本實施例中，彈性蓄能機構(gòu)230為彈簧組，(高強度有機玻璃防護箱400剖除前面部分以便于觀察)。
[0024]本加載裝置的使用方法，以單軸壓縮試驗為例，其包括以下幾步:
[0025](I)調(diào)整反力架中四根高強度螺栓的高度，使加載系統(tǒng)、試件尺寸和高度相匹配；
[0026](2)放置好待試驗的試件，選擇匹配的實時轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，并調(diào)試好加載系統(tǒng)。
[0027](3)安設(shè)好高強度的防護箱。
[0028](4)進行加載試驗，確定不同試塊發(fā)生巖爆或大變形的條件。
[0029]在實際實施時，依據(jù)本發(fā)明的基本構(gòu)造還可構(gòu)建多種的實施方案，例如:彈性蓄能機構(gòu)除采用彈簧組外還可使用其他的儲存彈性能量的等同機構(gòu)，如有壓高強度氣囊、柔性液壓機構(gòu)等。另外，本發(fā)明雖然以單軸加載結(jié)構(gòu)進行描述，但將其用之于多軸的加載系統(tǒng)應(yīng)無實質(zhì)上的區(qū)別。
【權(quán)利要求】
1.一種可持續(xù)追蹤蓄能型加載裝置，由試驗架和加載系統(tǒng)組成，其特征在于，加載系統(tǒng)包括彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)(200)和置于彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)上部的液壓千斤頂單元(100)兩個部分；其中，彈性實時轉(zhuǎn)化機構(gòu)由上板(210)，下板(220)和置于上板與下板之間的彈性蓄能機構(gòu)(230)構(gòu)成；試驗架(300)包含反力架以及高度可調(diào)的四根高強度螺栓；試驗架和加載系統(tǒng)置于高強度有機玻璃防護箱(400)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種可持續(xù)追蹤蓄能型加載裝置，其特征在于，所述彈性蓄能機構(gòu)(230)為彈簧組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種可持續(xù)追蹤蓄能型加載裝置，其特征在于，所述加載裝置可采用單軸和多軸的加載結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】G01N19/00GK103439250SQ201310372998
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月24日
【發(fā)明者】仇文革, 孫克國, 許煒萍 申請人:西南交通大學(xué)