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    重庆时时彩后三杀码: 可升降加载机构及应用其的剪切渗流耦合测试装置.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201511023362.3

    申请日:

    2015.12.30

    公开号:

    CN105606461A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 3/24申请日:20151230|||公开
    IPC分类号: G01N3/24; G01N15/08 主分类号: G01N3/24
    申请人: 北京工业大学; 立方通达实业(天津)有限公司
    发明人: 马国伟; 董茜茜; 李芳; 刘潇; 夏从礼
    地址: 100022 北京市朝阳区平乐园100号
    优先权:
    专利代理机构: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 曹玲柱
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201511023362.3

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供了一种可升降加载机构及应用其的剪切-渗流耦合测试装置。该可升降加载机构包括:底架,其上方具有测试区域;纵向加载机构,固定于底架的测试区域的上方,其整体为可升降结构;侧向加载机构,固定于底架的测试区域的上方,其整体为可升降结构,并与纵向加载机构错开;在运送二维岩石试样时,纵向加载机构和侧向加载机构升起;在二维岩石试样被运送至测试区域后,纵向加载机构和侧向加载机构落下,分别对运送至测试区域的二维岩石试样施加纵向和侧向力。本发明通过将纵向加载机构和侧向加载机构设置为可升降,在运送二维岩石试样时,两者升起;在测试时,两者放下,从而实现了简单、有效的二维岩石试样的加载。

    权利要求书

    1.一种可升降加载机构,其特征在于,包括:
    底架(10),其上方具有测试区域;
    纵向加载机构(40),固定于所述底架(10)的测试区域的上方,其整体为可升降结构;
    侧向加载机构(50),固定于所述底架(10)的测试区域的上方,其整体为可升降结构,并
    与所述纵向加载机构错开;
    其中,在运送二维岩石试样时,所述纵向加载机构和侧向加载机构升起;在二维岩石试
    样被运送至测试区域后,所述纵向加载机构和侧向加载机构落下,分别对运送至测试区域
    的二维岩石试样施加纵向和侧向力。
    2.根据权利要求1所述的可升降加载机构,其特征在于,所述纵向加载机构(40)包括:
    固定于底架测试区域上方的四根立柱(41);
    固定于所述四根立柱顶部的电机安装板(42);
    固定于所述电机安装板上方,并向下伸出输出螺纹杆的至少一台第一纵向升降电机
    (43);以及
    包括相对位置固定的上加载板(44a)和下加载板(44b)的双层加载框架(44),所述下加
    载板(44b)的下表面固定有钢化玻璃板(45);
    其中,上加载板(44a)的四个边角位置开设有滑动孔,四根立柱穿过四个滑动孔,对该
    上加载板(44a)的上下滑动提供限位,上加载板(44a)在所述至少一台第一纵向升降电机的
    输出螺纹杆的对应位置开设有螺纹孔,所述至少一台第一纵向升降电机的输出螺纹杆螺入
    对应的螺纹孔内,在所述至少一台第一纵向升降电机被驱动的情况下,四根输出螺纹杆推
    动双层加载框架向下滑动,由所述钢化玻璃板(45)压住下方的二维岩石试样。
    3.根据权利要求2所述的可升降加载机构,其特征在于,所述纵向加载机构(40)包括:
    四台所述的第一纵向升降电机(43);
    所述上加载板(44a)在所述四台第一纵向升降电机的输出螺纹杆的对应位置开设有螺
    纹孔,所述四台第一纵向升降电机的输出螺纹杆螺入对应的螺纹孔内,在所述四台第一纵
    向升降电机被驱动的情况下,四根输出螺纹杆推动双层加载框架向下滑动。
    4.根据权利要求1所述的可升降加载机构,其特征在于,所述侧向加载机构(50)包括:
    至少两台第二纵向升降电机(51),其底部固定于底架(10)上;
    反力框架(13),固定于所述至少两台第二升降电机(51)输出轴的上部;
    其中,反力框架(52)在该至少两台第二纵向升降电机输出螺纹杆的位置具有螺纹孔,
    该至少两台第二纵向升降电机的输出螺纹杆穿过反力框架(52)上相应的螺纹孔,在该至少
    两台第二纵向升降电机被驱动的情况下,其输出螺纹杆推动所述反力框架(13)上升或者下
    降,在下降状态下,该反力框架(13)将位于测试区域的二维岩石试样嵌合于其中。
    5.根据权利要求4所述的可升降加载机构,其特征在于,所述侧向加载机构(二50)还包
    括:
    挤压力施力机构(53),安装于所述反力框架(52)上垂直于贯穿裂隙的侧面,其向二维
    岩石试样施加水平方向的挤压力,该挤压力的反力由反力框架相对的另一侧提供,从而对
    二维岩石试样进行挤压;以及
    剪切力施力机构(54),安装于反力框架上平行于贯穿裂隙的侧面,其通过头部的第一
    压板(54a)向二维岩石试样位于贯穿裂隙一侧部分的施加推力,对二维岩石试样贯穿裂隙
    另一侧部分由固定于反力框架相对另一面的第二压板(54b)提供,从而对二维岩石试样进
    行剪切。
    6.根据权利要求5所述的可升降加载机构,其特征在于:
    在剪切力施力机构头部的第一压板(54a)中,具有“Z”字形状的进水通道(54c),在该第
    一压板(54a)的外侧,进水通道(54c)的进口错开了剪切力施力机构,而在该第一压板(54a)
    的内侧,进水通道(54c)的出口朝向内侧;
    在固定于反力框架相对另一面的第二压板(54b)内开设有“Z”字形状的出水通道
    (54d),在该第二压板(54b)的内侧,出水通道(54d)的进口朝向内侧,而在该第二压板(54b)
    的外侧,出水通道(54d)的出口错开了反力框架与二维岩石试样之间具有剪切作用力的部
    分。
    7.一种剪切-渗流耦合测试装置,其特征在于,用于二维岩石试样剪切-渗流耦合试验,
    所述二维岩石试样呈方形,其上具有贯穿裂隙;该剪切-渗流耦合测试装置包括:
    权利要求1至6中任一项所述的可升降加载机构,其底架(10)上方还具有进样区域,在
    该进样区域和测试区域之间具有滑轨;
    岩石试样底座(30),其可在所述滑轨上自由滑动,用于将水平放置的二维岩石试样由
    进样区域运送至测试区域;
    密封机构(20),用于密封二维岩石试样,其在沿贯穿裂隙的两侧分别开设进水口(23a)
    和出水口(23b)。
    8.根据权利要求7所述的剪切-渗流耦合测试装置,其特征在于,所述密封机构(20)包
    括:
    两纵向密封垫(21、22),分别位于二维岩石试样的上部和下部,实现二维岩石试样的
    上、下表面的密封;
    侧向密封环(23),呈“回”字形,其从四周将二维岩石试样包围起来,实现二维岩石试样
    四个侧面的密封;
    其中,在所述侧向密封环(23)沿贯穿裂隙的两侧,开有进水口(23a)和出水口(二23b)。
    9.根据权利要求8所述的剪切-渗流耦合测试装置,其特征在于,还包括:
    渗流系统,用于通过所述进水口(23a)向密封于所述密封机构内的二维岩石试样贯穿
    裂隙的一端施加预设的渗透压力;以及
    数据采集???,用于采集二维岩石试样在加压情况下的渗流参数。
    10.根据权利要求7所述的剪切-渗流耦合测试装置,其特征在于,所述底架上方具有两
    个进样区域;
    所述底架(10)的上方在两个垂直方向上安装有互不干涉的两条滑轨(11、12),该两条
    滑轨(11、12)的起点分别为所述两个进样区域,终点为测试区域。

    说明书

    可升降加载机构及应用其的剪切-渗流耦合测试装置

    技术领域

    本发明涉及岩土工程测量仪器领域,尤其涉及一种可升降加载机构及应用其的剪
    切-渗流耦合测试装置。

    背景技术

    近年来,随着能源开采、核废料处理、水利工程以及地下空间的利用等大型工程的
    大量兴建,岩石渗流问题日益得到关注,在矿山开采、水利水电、隧道、边坡加固等岩土工程
    中,裂隙渗流对岩体工程的稳定性有着重要影响。一方面岩体裂隙是导致地下工程水害的
    重要原因之一,另一方面裂隙的存在也大大降低了岩体强度。众所周知,因为水的可压缩性
    很小,容易传递压力,含水孔隙中的流体压力会改变岩体中的应力状态。但是,岩体的形变
    性质与流体的形变性质有明显的差别,所以流体压力所造成的应力场的改变,以及流动的
    地下水动态性质所造成的流体应力的连续变化,都对地质体的形变特性起不可忽视的影
    响。因此,研究裂隙岩体的破裂机理和强度特性将对水电工程地质学学科及岩体工程稳定
    学科有十分重要的理论意义和实际工程应用价值。对于岩石材料来说,剪切破坏是其主要
    破坏形态,因此岩石体剪切-渗流耦合破坏机理的研究对解决上述问题有着重要的意义。

    参考文献1(新型数控岩石节理剪切渗流试验台的设计与应用,王刚,岩土力学,30
    (10),2009)提出了一种数控岩石节理剪切渗流试验台,其主要功能为:在节理试件法向方
    向上,试验台有3类可控边界条件:恒定法向应力(CNL)、恒定法向位移(CNV)和恒定法向刚
    度(CNS)。平行节理剪切方向,可施加剪切力或位移、渗透压力。在3种边界和荷载条件下可
    进行节理剪切试验、节理渗透试验、闭合应力-渗透耦合试验、剪切应力-渗透耦合试验、岩
    石节理的剪切渗流流变试验和岩石节理的辐射流试验。

    请参照图1,该系统整体由轴向加载框架、横向加载机构、轴向和横向蠕变控制系
    统、渗流子系统、剪切盒及数控系统组成。各主要组成部分及其工作原理介绍详细如下:

    轴向加载框架包括加载油缸、主机框架、力传感器、上下压板等。主机采用框架结
    构形式,加载油缸倒置固定在上横梁上,力传感器安装在活塞上。

    横向加载机构包括加载油缸、剪切加载框架、力传感器、位移传感器等。剪切加载
    框架采用四框组合式,油缸座和承压梁及两面的侧板均采用高标号球墨铸铁,使其框架刚
    度大(5000kN/mm),工作平稳可靠;剪切加载框架放置在导轨上,在进行剪切试验时安装好
    试样后将其推到主机框架内,设定其他边界条件后,即可以进行相应的剪切试验。

    横向和轴向控制系统采用德国DOLI公司原装进口EDC全数字伺服控制器,该控制
    器是国际领先的控制器,具有多个测量通道,每个测量通道可以分别进行荷载、位移、变形
    等的单独控制或几个测量通道的联合控制,而且多种控制方式间可以实现无冲击转换。在
    EDC中可以设置一个刚度控制通道,将根据测量得到的法向应力与法向变形计算的法向刚
    度值作为控制参数反馈给EDC控制输出通道,这样就可以实现常法向刚度控制。这种功能在
    其他的控制器中是无法实现的。EDC的测控精度高、操作简便、?;すδ苋?,可以实现自动标
    定、自动清0及故障自诊断。

    渗流子系统包括渗透加压系统、日本进口松下伺服电机和控制器、EDC测控器。采
    用该系统可以实现多级可控的恒渗透压力和渗透流量控制。在剪切盒的出水口设置一套液
    压传感器、流量测量装置和稳压装置,并在EDC控制系统软件中设置一个压差控制通道,来
    测量进口压力和出口压力的差值,实现剪切盒进、出口渗透压力差的闭环控制。而且可以实
    现稳态和瞬态渗透压力控制。

    剪切盒内部尺寸为200mm(水渗透方向)×100mm(渗透宽度)×100mm(高度)。渗流
    剪切盒由上下剪切盒组成,上剪切盒由上剪切体、上密封圈、上刀体垫块组成;下剪切盒由
    下剪切体、下密封圈、下刀体垫块组成。密封圈是本方案的特点及关键部件,它是由弹性及
    硬度适中的聚氨脂制成液体橡胶,浇注模压成型。聚氨脂橡胶具有既软又硬,摩擦小等特
    点。密封圈是中空的,当试样装好之后,空腔内将注入一定压力的液体塑料,上密封圈在压
    力下紧紧贴到试样上半部的四周,而下密封圈在压力下紧紧贴到试样下半部的四周实现了
    密封,同时上密封圈和下密封圈的接触面也受到了压力紧密接触,实现了密封。当上下剪切
    盒产生相对移动时,上密封圈和下密封圈的接触面在滑动状态下仍然保持压缩密封,直到
    密封圈脱离接触。上刀体中有一个进水孔用以向岩样剪切面渗水,另一孔为排气孔;下刀体
    中有一个出水孔,用以排出渗入岩样剪切面中的水。

    在实现本发明的过程中,申请人发现现有的剪切-渗流耦合测试装置中,法向加载
    和剪切加载的加载机构高度为固定,导致进样过程非常繁琐、费力,严重耽误试验进程。

    此外,对于图1所示的数控岩石节理剪切渗流试验台,其主要是针对三维岩石试样
    进行设计的,故此其自下而上进行法向加载,自右至左进行剪切加载。然而,三维岩体裂隙
    由于其复杂、隐蔽,其内部破裂机理在现有技术下无法真正予以揭示。而且现有技术所提出
    的三维裂隙并非是真正的“三维”,而只是规则的平面,其本质仍为二维。因此,对二维岩石
    试样进行实验更具有现实意义。而现有技术中并没有针对二维岩石试样的剪切-渗流耦合
    测试装置,而图1所示的数控岩石节理剪切渗流试验台无法实现二维岩石试样的加载以及
    挤压力和剪切力的施加。

    发明内容

    (一)要解决的技术问题

    鉴于上述技术问题,本发明提供了一种可升降加载机构及应用其的剪切-渗流耦
    合测试装置,以实现简单、有效的二维岩石试样的加载。

    (二)技术方案

    根据本发明的一个方面,提供了一种可升降加载机构。该可升降加载机构包括:底
    架10,其上方具有测试区域;纵向加载机构40,固定于底架10的测试区域的上方,其整体为
    可升降结构;侧向加载机构50,固定于底架10的测试区域的上方,其整体为可升降结构,并
    与纵向加载机构错开;其中,在运送二维岩石试样时,纵向加载机构和侧向加载机构升起;
    在二维岩石试样被运送至测试区域后,纵向加载机构和侧向加载机构落下,分别对运送至
    测试区域的二维岩石试样施加纵向和侧向力。

    根据本发明的另一个方面,还提供了一种剪切-渗流耦合测试装置。该剪切-渗流
    耦合测试装置用于二维岩石试样剪切-渗流耦合试验,二维岩石试样呈方形,其上具有贯穿
    裂隙。该剪切-渗流耦合测试装置包括:上述的可升降加载机构,其底架10上方还具有进样
    区域,在该进样区域和测试区域之间具有滑轨;岩石试样底座30,其可在滑轨上自由滑动,
    用于将水平放置的二维岩石试样由进样区域运送至测试区域;密封机构20,用于密封二维
    岩石试样,其在沿贯穿裂隙的两侧分别开设进水口23a和出水口23b。

    (三)有益效果

    从上述技术方案可以看出,本发明可升降加载机构及应用其的剪切-渗流耦合测
    试装置具有以下有益效果:

    (1)通过将纵向加载机构和侧向加载机构设置为可升降,在运送二维岩石试样时,
    两者升起;在测试时,两者放下,从而实现了简单、有效的二维岩石试样的加载;

    (2)通过将上述岩石试样平面放置保证其稳定性;通过侧向加载机构和侧向反力
    框架的联合使用实现了不同正压力下沿裂隙的剪切;在裂隙一端及另一端分别设置入渗及
    渗出管路并在岩石试样六个面均设置密封实现了剪切之后的渗流,实现了单条固定裂隙的
    剪切-渗流耦合试验

    (3)专门针对二维岩石试样进行设计,能够稳定可靠的实现二维岩石试样的加载
    以及挤压力和剪切力的施加,填补了国内外二维岩石试样的剪切-渗流耦合测试装置的空
    白;

    采用二维岩石试样,剪切及渗流过程更为直观、机理更为明确,改变了传统三维试
    验过程不够直观、机理不够明确、结果难以精准测量的缺点。

    附图说明

    图1为现有技术数控岩石节理剪切渗流试验台的结构示意图;

    图2为根据本发明实施例剪切-渗流耦合测试装置的结构示意图;

    图3为图2所示剪切-渗流耦合测试装置中纵向加载机构的示意图;

    图4为图2所示剪切-渗流耦合测试装置中底架与侧向加载机构的示意图;

    图5为图2所示剪切-渗流耦合测试装置中二维岩石试样的受力示意图。

    【主要元件】

    A-二维岩石试样;

    A1-贯穿裂隙;

    10-底架;

    11、12-滑轨;

    20-密封机构;

    21、22-纵向密封垫;23-侧向密封环;

    23a-进水口;23b-出水口;;

    30-岩石试样底座;

    40-纵向加载机构;

    41-立柱;42-电机安装板;

    43-第一纵向升降电机;44-双层加载框架;

    44a-上加载板;44b-下加载板;

    45-钢化玻璃板;

    50-侧向加载机构;

    51-第二纵向升降电机;52-反力框架;

    53-挤压力施力机构;54-剪切力施力机构;

    54a-第一压板;54b-第二压板;

    54c-进水通道;54d-出水通道。

    具体实施方式

    本发明针对现有技术岩石试样加载繁琐、费力的问题,提供了一种可升降加载机
    构及应用其的剪切-渗流耦合测试装置,可以适用于岩石裂隙在应力场和水流场共同作用
    下的破坏机理试验研究。

    需要说明的是,在下文的实施例中,可升降加载机构作为剪切-渗流耦合测试装置
    的一部分进行说明。当然,在本发明其他实施例中,该可升降加载机构还可以单独使用或者
    作为其他设备的附属机构。

    在本发明的一个示例性实施例中,提供了一种剪切-渗流耦合测试装置。本实施例
    中,测试对象为方形青石板A,尺寸为:长500mm、宽500mm、厚10~20mm。该青石板正中加工有
    一条贯穿裂隙A1,贯穿裂隙位置固定、由雕刻机刻穿,侧表面为自然粗糙、未经打磨。

    图2为根据本发明实施例剪切-渗流耦合测试装置的结构示意图。图5为图2所示剪
    切-渗流耦合测试装置中二维岩石试样的受力示意图。如图2和图5所示,本实施例剪切-渗
    流耦合测试装置包括:

    底架10,其上方分为进样区域和测试区域,在该进样区域和测试区域之间具有滑
    轨(11、12);

    密封机构20,用于密封二维岩石试样,其在沿贯穿裂隙的两侧分别开设进水口23a
    和出水口23b;

    岩石试样底座30,其可在滑轨上自由滑动,用于将水平放置的二维岩石试样由进
    样区域运送至测试区域;

    纵向加载机构,固定于底架10的测试区域的上方,整体为可升降结构,在运送二维
    岩石试样时,该纵向加载机构升起,在二维岩石试样被运送至测试区域后,该纵向加载机构
    落下,对运送至测试区域的二维岩石试样施加纵向压力;

    侧向加载机构,固定于底架10的测试区域的上方,其整体为可升降结构,在运送二
    维岩石试样时,该侧向加载机构升起,在二维岩石试样被运送至测试区域后,该侧向加载机
    构落下,对运送至测试区域的二维岩石试样施加侧向压力;以及

    渗流系统,用于通过进水口向密封机构内二维岩石试样的贯穿裂隙的一端施加预
    设的渗透压力;同时收集由出水口渗出的水;

    数据采集???,用于对二维岩石试样在加压情况下的渗流参数进行采集和处理。

    以下对本实施例剪切-渗流耦合测试装置的各个组成部分进行详细说明。

    本实施例中,在二维岩石试样A正中有一条贯穿裂隙A1,如图5所示。贯穿裂隙的位
    置固定,试验前用雕刻机雕刻出而成。

    关于该贯穿裂隙A1的位置、深度和雕刻工艺等,均可以由本领域技术人员合理选
    择,并不局限于本实施例所给出的形式。

    请参照图2,底架10呈框架式构造。为了方便工作人员操作,该底架具有一定的高
    度,并且在侧面安装有各类的电控机构。

    该底架10的上方在两个垂直方向上安装有互不干涉的滑轨(11、12),从而经由相
    应的岩石试样底座30可以从两个方向上将二维岩石试样由进样区域运送至测试区域,进而
    实现两个不同形式和内容的测试。

    由于试验时要保证水只沿着裂隙运动,所以需要对岩石试样六个侧面进行密封。
    密封机构20包括:纵向密封垫21、22,分别位于二维岩石试样的上部和下部,实现二维岩石
    试样A上、下表面的密封;侧向密封环23,呈“回”字形,其从四周将二维岩石试样A包围起来,
    实现二维岩石试样四个侧面的密封。在侧向密封环23沿贯穿裂隙的两侧,具有开有进水口
    23a和出水口23b。

    对于纵向密封垫21、22,其为透明PVC材质,方便观察在测试过程中二维岩石试样
    的状态以及渗水情况。对于侧向密封环23,其为聚氨酯材质,通过注塑工艺制作,可以承受
    较大的压力。该纵向密封垫21、22和侧向密封环23的组合,可以实现2MPa水的密封。

    该纵向密封垫(21、22)与侧向密封环23之间可以连接为一体,也可以是分离设置。
    只要能将二维岩石试样A包围起来即可。由于纵向加载机构会在纵向施加压力,而下方底架
    会提供反力,从而即使纵向密封垫(21、22)与侧向密封环23之间没有连接,在压力的作用
    下,三者也会紧紧的贴附在一起,不会漏水。

    图3为图2所示剪切-渗流耦合测试装置中纵向加载机构的示意图。请参照图2和图
    3,该纵向加载机构40包括:固定于底架测试区域上方的四根立柱41;固定于四根立柱顶部
    的电机安装板42;固定于电机安装板上方,并向下伸出输出螺纹杆的四台第一纵向升降电
    机43;双层加载框架44,其包括相对位置固定的上加载板44a和下加载板44b。

    上加载板44a的四个边角位置开设有滑动孔,四根立柱穿过四个滑动孔,对该上加
    载板的上下滑动提供限位。上加载板44a在四台第一纵向升降电机的输出螺纹杆的对应位
    置开设有对应的螺纹孔,四台第一纵向升降电机的输出螺纹杆螺入对应的螺纹孔内。下加
    载板44b的下表面固定有钢化玻璃板45。在四台第一纵向升降电机被驱动的情况下,四根输
    出螺纹杆推动双层加载框架向下移动,由钢化玻璃板压住下方的二维岩石试样。

    图4为图2所示剪切-渗流耦合测试装置中侧向底架与侧向加载机构的示意图。请
    参照图2和图4,侧向加载机构50包括:三台第二纵向升降电机51、反力框架52、挤压力施力
    机构53和剪切力施力机构54。

    三台第二纵向升降电机51的底部固定于底架10上。其中,两台第二纵向升降电机
    51位于挤压力施力机构53的同侧,一左一右;另一台第二纵向升降电机位于挤压力施力机
    构53的对侧。

    反力框架52固定于三台第二纵向升降电机输出轴的上部,并且与纵向加载机构的
    四根立柱41错开。反力框架52在该三台第二纵向升降电机输出螺纹杆的位置具有螺纹孔。
    三台第二纵向升降电机输出螺纹杆穿过反力框架52上相应的螺纹孔。在该三台第二纵向升
    降电机被驱动的情况下,该三台第二纵向升降电机的输出螺纹杆推动反力框架上升或者下
    降。在反力框架52位于下降状态时,其将位于测试区域的二维岩石试样A嵌合于其中。

    需要说明的是,本实施例采用三台第二纵向升降电机51,而在本发明其他实施例
    中,还可以根据需要设置第二纵向升降电机的数量。一般情况下,至少需要两台第二纵向升
    降电机,分别设置在反力框架相对的两侧。

    图5为图2所示剪切-渗流耦合测试装置中二维岩石试样的受力示意图。请参照图2
    和图5,挤压力施力机构53安装于反力框架52上垂直于贯穿裂隙的侧面,其通过头部的压板
    向二维岩石试样施加水平方向的挤压力,该挤压力的反力由反力框架相对的另一侧提供,
    从而对二维岩石试样进行挤压。剪切力施力机构54安装于反力框架上反力框架上平行于贯
    穿裂隙的侧面,其通过头部的第一压板54a向二维岩石试样位于贯穿裂隙一侧部分的施加
    推力,对二维岩石试样贯穿裂隙另一侧部分由固定于反力框架相对另一面的第二压板54b
    提供,从而对二维岩石试样进行剪切。

    通过该侧向加载机构,本实施例测试装置的侧向加载能力为100KN,剪切位移能力
    为5mm。

    请着重参考图5,在剪切力施力机构头部的第一压板54a中,具有“Z”字形状的进水
    通道54c。在该第一压板54a的外侧,进水通道54c的进口错开了剪切力施力机构。而在该第
    一压板54a的内侧,进水通道54c的出口对准侧向密封环侧面的进水口23a。在剪切力施力机
    构对侧的反力框架与二维岩石试样之间,具有第二压板54b。该压板内开设有“Z”字形状的
    出水通道54d。在该第二压板54b的内侧,出水通道54d的进口对准侧向密封环侧面的出水口
    23b。而在该第二压板54b的外侧,出水通道54d的出口错开了反力框架与二维岩石试样之间
    具有剪切作用力的部分。

    渗流系统包括:供水加压系统和回水系统。供水加压系统包括:由步进电机驱动的
    水压控制器。水压控制器通过管路连接于第一压板外侧的进水通道54c的进口。在二维岩石
    试样剪切完成后,水压控制器通过进水通道54c向二维岩石试样的贯穿裂隙的一端施加预
    设的渗透压力?;厮低嘲?。第二压板外侧的出水通道54d的水口连接至该集水
    槽。在二维岩石试样的贯穿裂隙的另一端渗出的水体通过管路收集并导入至集水槽。集水
    槽内的水体可以排出;也可以通过外接水泵泵入水压控制器内,以循环使用。

    数据采集??橛糜诙远沂匝诩友骨榭鱿碌纳鞑问?法向力、剪切力、水
    压力、以及渗流水体积)进行采集,其包括:两个称重传感器、一个水压力传感器以及流量
    计。其中,两个称重传感器量程均为100kN。其一被安装于挤压力施力机构53与其前方的压
    板之间,用于测量试验过程中施加于二维岩石试样的法向力。其二被安装于剪切力施力机
    构54与压板54a之间,用于测量试验过程中施加于二维岩石试样的剪切力。水压力传感器量
    程为2MPa,被安装于进水口23a的外侧,用于测量试验过程中入渗端的入渗水压力。流量计
    量程为5ml/s,被安装于出水口23b的外侧,用于测量试验过程中沿剪切裂隙渗出水流的流
    量。

    需要说明的是,关于本实施例中第一纵向升降电机、第二纵向升降电机、挤压力施
    力机构和剪切力施力机构,其均有相应的电控系统对其进行控制。而该电控系统采用的均
    是本领域常用的电控系统,此处不再详细说明。而数据采集??橹械拇衅饕彩潜玖煊蚰?br />通用的传感器,本领域技术人员应当对其相当熟悉,此处不再详细说明。

    在对本实施例剪切-渗流耦合测试装置的结构进行详细说明之后,以下对其工作
    原理进行说明:

    (1)试样准备:用雕刻机在二维岩石试样上雕刻贯穿裂隙;

    (2)进样:将二维岩石试样A上下安置纵向密封垫21、22,放置于岩石试样底座30
    上,四周连接侧向密封环23,并使侧向密封环23两侧的进水口23a和出水口23b对准贯穿裂
    隙的两端;之后通过下部滑轨11整体推入测试区域。

    (3)纵向定位:驱动四台第一纵向升降电机43,使双层加载框架44压紧钢化玻璃板
    45并进而压紧岩石试样。

    (4)水平向定位:驱动四台第二纵向升降电极51,下降反力框架52与二维岩石试样
    完全嵌合,并用管路将第一压板54a外侧的进水通道进口与外部水压力控制器相连接,将第
    二压板54b外侧的出水通道出口通过管道连接至集水槽;

    (5)施压:在垂直于贯穿裂隙的方向通过挤压力施力机构53施加挤压力,此挤压力
    的反力由反力框架52提供;同时在平行于贯穿裂隙的方向、在贯穿裂隙的一侧通过剪切力
    施力机构54施加推力,在对边贯穿裂隙的另一侧通过反力框架施加反力,进而对二维岩石
    试样进行剪切。

    (6)通水:水压控制器通过管路连接于第一压板中进水通道54c的进口。在岩石试
    样剪切完成后,水压控制器通过第一压板内的进水通道向二维岩石试样裂隙的一端施加预
    设的渗透压力;同时在二维岩石试样裂隙的另一端通过与第二压板内的出水通道54d及相
    连接的管路收集渗出水体并导入至集水槽;

    (7)数据采集:由两个称重传感器分别采集试验过程中施加于岩石板的法向力及
    剪切力,水压力传感器采集入渗端的水压力,流量计用于采集沿着岩石板裂隙渗出的水体
    体积。

    经过试验证明,本实施例剪切-渗流耦合测试装置可以顺利实现对二维岩石试样
    的加载,并进行剪切渗流耦合测试,具有较强的实用性。

    至此,已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述,本领域技术人员
    应当不仅对剪切-渗流耦合测试装置,并且对其中的可升降加载机构有了清楚的认识。

    需要说明的是,在附图或说明书正文中,未绘示或描述的实现方式,均为所属技术
    领域中普通技术人员所知的形式,并未进行详细说明。此外,上述对各元件和方法的定义并
    不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式,本领域普通技术人员可对其进行简
    单地更改或替换,例如:

    (1)上述侧向加载机构还可以采用对向加载来代替侧向反力框架结构;

    (2)上述渗流出水口还可以采用水压控制器来替代管路直接排放;

    (3)密封机构的进水口和出水口设置的位置等,还可以根据二维岩石试样上贯穿
    裂隙的位置进行调整,另外,贯穿裂隙的位置也不局限于二维岩石试样的正中;

    (4)关于渗流系统和数据采集??榈慕峁购土?,本领域技术人员可以根据需要
    合理设置,并且可以采用市场上成型的相关产品;

    (5)本文可提供包含特定值的参数的示范,但这些参数无需确切等于相应的值,而
    是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值;

    (6)实施例中提到的方向用语,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等,仅是参
    考附图的方向,并非用来限制本发明的?;し段?。

    综上所述,本发明提供一种可升降加载机构及应用其的剪切-渗流耦合测试装置,
    其可以实现简单、有效的二维岩石试样的加载,并且可以模拟岩石试样在应力场和水流场
    共同作用下机理特性的试验,同时适用于岩石裂隙在应力场和水流场共同作用下的破坏机
    理试验研究,具有较强的实用价值。

    以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详
    细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡
    在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保
    护范围之内。

    关 键 词:
    升降 加载 机构 应用 剪切 渗流 耦合 测试 装置
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    本文标题:可升降加载机构及应用其的剪切渗流耦合测试装置.pdf
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