CN103439198A - 一种软弱煤岩材料剪切蠕变试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软弱煤岩材料剪切蠕变试验装置，包括加载机构、载荷传递机构、恒载机构、监测***、机架；所述加载机构和载荷传递机构通凹凸面接触，所述载荷传递机构与恒载机构之间有刚性圆柱，所述监测***固定于载荷传递机构之上，与数据动态采集***相连接，所述机架支撑恒载机构和加载机构。该试验装置具有结构轻巧，载荷稳定，数据监测精度高等特点；该设备可从宏细观两个角度分别完成软弱煤岩体的剪切、剪切蠕变等力学特性的试验研究。
Description
技术领域
本发明涉及软弱煤岩体剪切蠕变试验测试技术领域，尤其涉及一种软弱煤岩材料剪切蠕变试验装置。
背景技术
煤岩材料的宏细观力学特性与其在外力作用下发生的宏细观变形、及内部微结构的变化密切相关。剪切及剪切蠕变特性试验研究就是研究煤岩材料在剪切破坏过程中其内部微结构发育、发展、尺度扩展、性质变化等对煤岩材料破坏所产生的影响。现有的煤岩类材料剪切蠕变特性试验设备的加载***依靠外部压力机，存在蠕变载荷不稳定、结构复杂、精度不足等缺点，使得试验研究极为不便。另外，现有的煤岩类材料剪切蠕变试验设备不能实现对其蠕变过程中内部结构变化的一体化、实时动态细观监测，难以监测到煤岩类材料的渐进破坏过程，无法从宏、细观两个角度同时研究煤岩类材料的力学特性演化规律。
发明内容
本发明解决的技术问题在于弥补现有试验设备的不足，简化设备结构、实现宏、细观研究的结合，实现动态实时监测，并提高试验设备的实用性。
为了解决以上问题，本发明的设计在于：
一种软弱煤岩材料剪切蠕变试验装置，主要包括加载机构、载荷传递机构、恒载机构、监测机构及机架。所述加载机构、载荷传递机构、恒载机构安装在机架中，载荷传递机构装配在底部的加载机构上。恒载机构位于载荷传递机构上。所述监测机构固定于载荷传递机构上。
本发明的一种软弱煤岩材料剪切蠕变试验装置，由加载机构实现了体系独立加载、卸载；通过恒载机构，试件所受载荷可以在小变形下实现相对恒定；监测机构中的小型微观监视装置实现了对煤岩类材料在受剪切载荷下微观裂隙演化情况的记录；通过高精度数显测量装置和自行编制的数据采集软件，实现了煤岩类材料剪切变形的动态化监测；该试验装置可实现煤岩类材料剪切蠕变特性的实验室试验研究，是一种结构简单，高精度、高可靠性的实验设备。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构示意图；
图2是图1的左视图（去除机架）。
图中标记：
1、加载机构；2、传载下模具；3、传载上模具；4、圆滚件；5、载荷传递机构；6、传压板；7、恒压环；8、连接板；9、螺栓；10、恒载机构；11、固定支架；12、数显测量装置；13、微观监控装置；14、监测机构；15、承压底板；16、承压顶板；17、支撑架；18、螺母；19、测量杆；20、磁性座。
具体实施方式
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整的理解本发明以及更容易得知其中许多其他优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
为使上述目的、特征和优点能够更明显、易懂，下面结合图1-2和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
本发明是一种软弱煤岩材料剪切蠕变试验装置，主要包括加载机构1、载荷传递机构5、恒载机构10、监测机构14及机架。所述加载机构1、载荷传递机构5、恒载机构10安装在机架中。载荷传递机构5装配在底部的加载机构1上。恒载机构10位于载荷传递机构5上，之间设有刚性圆滚件4。所述监测机构14固定于载荷传递机构5上。
所述机架由两侧的支撑架17、固定安装在支撑架17底部的承压底板15、以及装配在支撑架17顶部的承压顶板16组成；承压顶板16由螺母18固紧在支撑架17上。
所述加载机构1置于承压底板15上的中心部位。作为一种优选，加载机构1为高精度数控液压加载装置。在加载机构1上表面中心具有一凸起。
所述载荷传递机构5包括传载下模具2、传载上模具3；传载下模具2下表面中心设有一与加载机构1上的凸起相匹配的凹槽；加载机构1与传载下模具2通过凹凸面自由接触，并与承压底板15中心对齐。所述传载上模具3与所述传载下模具2均为具有固定角度的斜角模，在传载下模具2与传载上模具3的斜角模之间安放试验对象。
所述恒载机构10包括恒压环7、传压板6和连接板8。连接板8与传压板6通过螺栓9将恒压环7底部紧固，恒压环7顶部通过螺纹连接在上方的承压顶板16上。作为一种优选，所述恒压环为弹性圆环。圆滚件4自由排放在传载上模具3上表面，并与传压板6自由接触。作为一种优选，所述刚性圆滚件为钢滚柱。
所述监测机构14包括数显测量装置12和微观监控装置13，在数显测量装置12上安装有测量杆19。监测机构14由固定装置固定在载荷传递机构5上。作为一种优选，所述固定装置由固定支架11和磁性座20组成一多功能磁座支架。固定支架11依靠磁性座20吸着在载荷传递机构5的传载下模具2表面，并与数显测量装置12和微观监控装置13通过夹具连接。工作时，数显测量装置12通过测量杆19与传载上模具3表面接触，测量试验对象的宏观变形量，自动收集数据。微细观监控装置13通过固定支架11布置在与试验对象相同高度水平，从细观角度实时动态监视实验对象内部裂隙演化特性。数显测量装置12和微观监控装置13检测的变化量，与数据动态采集***及电脑相连接(不属本发明内容，图中未显示)。
本发明涉及的一种软弱煤岩材料剪切蠕变试验装置具体工作时，将煤岩材料试件安放在传载下模具2与传载上模具3之间，适当升高加载机构1，使加载机构1与传载下模具2紧密接触、传载下模具2和传载上模具3与煤岩材料试件紧密接触、圆滚件4与传载上模具3和传压板6紧密接触；通过调节固定支架11，使数显测量装置12的测量杆19竖直，另一端与传载上模具3接触。同时通过调节固定支架11，使微细观监控装置13处于合适位置，监测实验对象内部裂隙动态演化情况。通过逐渐升高加载机构1，增加试件所受剪切载荷，同时动态监测试件的变形量以及试件裂隙的动态演化情况，实现煤岩类材料剪切破坏特性的动态监测研究。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种软弱煤岩材料剪切蠕变试验装置，其特征在于：主要包括加载机构、载荷传递机构、恒载机构、监测机构及机架；所述加载机构、载荷传递机构、恒载机构安装在机架中，载荷传递机构装配在底部的加载机构上；恒载机构位于载荷传递机构上；所述监测机构固定于载荷传递机构上。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述机架由两侧的支撑架、固定安装在支撑架底部的承压底板、以及装配在支撑架顶部的承压顶板组成；承压顶板由螺母固紧在支撑架上。
3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于：所述加载机构为数控液压加载装置；加载机构置于承压底板上的中心部位，在加载机构上表面中心具有一凸起。
4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于：所述载荷传递机构包括传载下模具、传载上模具；传载下模具下表面中心设有一与加载机构上的凸起相匹配的凹槽；加载机构与传载下模具通过凹凸面自由接触，并与承压底板中心对齐；所述传载上模具与所述传载下模具均为具有固定角度的斜角模；在传载下模具与传载上模具的斜角模之间安放试验对象。
5.根据权利要求1或2所述的试验装置，其特征在于：所述恒载机构包括恒压环、传压板和连接板；连接板与传压板通过螺栓将恒压环底部紧固，恒压环顶部通过螺纹连接在上方的承压顶板上；所述恒压环为弹性圆环。
6.根据权利要求1或4所述的试验装置，其特征在于：在恒载机构和载荷传递机构之间设有刚性圆滚件；所述刚性圆滚件自由排放在传载上模具上表面，并与传压板自由接触。
7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于：所述圆滚件为钢滚柱。
8.根据权利要求1或4所述的试验装置，其特征在于：所述监测机构包括数显测量装置和微观监控装置，监测机构由固定装置固定在载荷传递机构上；在数显测量装置上安装有测量杆；所述固定装置由固定支架和磁性座组成一多功能磁座支架；固定支架依靠磁性座吸着在载荷传递机构的传载下模具表面，并与数显测量装置和微观监控装置通过夹具连接。
9.根据权利要求8所述的试验装置，其特征在于：工作时，所述数显测量装置通过测量杆与传载上模具表面接触，测量试验对象的宏观变形量，自动收集数据；微细观监控装置通过固定支架布置在与试验对象相同高度水平，从细观角度实时动态监视实验对象内部裂隙演化特性；数显测量装置和微观监控装置检测的变化量，与数据动态采集***及电脑相连接。
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