CN107014672A - 受载煤岩体热流固耦合ct三轴压力加载*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***，包括轴压加载***和围压加载***，以形成对压力室进行轴压与围压加载，所述轴压加载***包括轴压加载油缸，轴压加载油缸的活塞杆前端设有加载压头，加载压头通过压力室上的活动压头对岩石试样实施轴压加载，加载压头由加载压头主体和加载活动头组成，加载活动头和加载压头主体之间形成有内外球面配合结构，加载活动头和加载压头主体通过螺栓和预紧弹簧连接，预紧弹簧通过弹性力使加载活动头和加载压头主体之间的内外球面保持结合。本发明的有益效果是，可方便的实现试件的轴压和围压加载，且结构简单、加载均匀，试验结果准确、可靠，试验条件参数可控制性好。

Description

受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***
技术领域
本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***。
背景技术
随着城镇化建设的推进，基础设施的不断完善，施工工艺的不断改进。对三轴试验机的需求已不仅仅局限于材料工程，已经广泛的应用于岩土工程、建筑材料、地质灾害研究与应用等领域。特别是在岩石力学领域，对岩石在应力作用下的变形及渗流特性的研究是岩石力学领域的主要方向之一，常规三轴试验仪是试验岩石力学领域最常见的仪器之一，后经学者们改造后能够完成热流固耦合条件下的三轴试验。然而由于加载腔体需承受高强度的载荷，很难将腔体实现透明化。所以，试验过程中试样的变形的可视化问题一直困扰着广大科研工作者。
现有三轴试验中的压力室包括通过轴压加载和围压加载实现三轴加载模
拟，轴压加载通过轴压加载压头由加载油缸实现。现有轴压加载压头通常为刚性结构，在加载接触面与加载头轴线不垂直时，存在对试件承压面加载不均匀而导致试验结果不准确的缺陷。因此，需要一种轴压加载均匀加载***。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***，通过将轴压加载压头设置成内外球面结合的组合结构，使活动压头构成具有一定角度转动的浮动压头结构，从而可有效确保作用于试件上轴压与试件轴线重合，提高试件承载面的受载均匀性，提高试验结果的准确性。
为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。
一种受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***，包括轴压加载***和围压加载***，以形成对压力室进行轴压与围压加载，所述轴压加载***包括轴压加载油缸，轴压加载油缸的活塞杆前端设有加载压头，加载压头通过压力室上的活动压头对岩石试样实施轴压加载，加载压头由加载压头主体和加载活动头组成，加载活动头和加载压头主体之间形成有内外球面配合结构，加载活动头和加载压头主体通过螺栓和预紧弹簧连接，预紧弹簧通过弹性力使加载活动头和加载压头主体之间的内外球面保持结合。
采用前述技术方案的本发明，通过将加载压头设置成轴向组合结构，并通过内外球面配合形成轴向连接，以利用球面实现加载活动头的自动找正，即使压力室的活动压头承载面与轴线存在一定倾斜角度时，加载活动头通过球面自动与该承载面适应而形成一定角度的转动，以与压力室的活动压头承载面形成良好结合，确保轴向加载液压力始终与被加载压头及试件轴线重合，提高试验结果的准确性。其压头结构简单、加工方便，并可有效减少试验设备调试时间，提高试验效率。
优选的，所述轴压加载油缸连接有轴压加载用电液伺服加载***，轴压加载油缸的缸底盖上装设有磁致伸缩位移传感器，磁致伸缩位移传感器的探头轴向伸入轴压加载油缸的活塞内，且磁致伸缩位移传感器的磁环也嵌设在活塞内，轴压加载油缸的活塞杆前端与加载压头还设有应力传感器。以通过磁致伸缩位移传感器获得试验阶段的位移变化数据，并通过应力传感器获得轴压加载载荷数据，以便控制***通过采集这些数据进行试验进程控制，并提高试验结果的准确性。
优选的，所述加载油缸连接有轴压加载用电液伺服***，该电液伺服***通过伺服油缸和伺服电机驱动的滚珠丝杠副加载***加载。以通过轴压加载电液压伺服加载***，形成试验参数控制和调节方便、数据直观可靠的轴压加载***，以便更深入利用试验结果。
进一步优选的，所述压力室通过下底盘装设有固定压头组合体，固定压头组合体由固定压头主体和具有蜂窝孔结构的蜂窝孔固定压头轴向组合形成，蜂窝孔固定压头自由端用于承载岩石试样；所述活动压头由活动压头主体和具有蜂窝孔结构的蜂窝孔活动压头轴向组成形成组合结构，蜂窝孔活动压头用于向岩石试样施加轴向载荷；所述活动压头通过透盖设置，透盖与压力腔体对应端形成的连接盘密封连接，活动压头主体自由端伸出透盖外部；所述压力室内部通过透盖和下底盘形成密闭空腔。以通过简单紧凑的结构实现试件的轴向加载，达到试验目的，降低试验成本。
进一步优选的，所述下底盘上和连接盘上设有与压力室内部空腔接通的围压加载流体通道接口，两个围压加载流体通道接口通过外接管路与围压加载用电液压伺服加载***形成围压加载循环回路。以在压力室内实现试件的围压加载，满足试验要求。
本发明的有益效果是，可方便的实现试件的轴压和围压加载，且结构简单、加载均匀，试验结果准确、可靠，试验条件参数可控制性好。
附图说明
图1是本发明应用于三轴压力室的结构示意图。
图2是应用本发明的三轴压力室的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
参见图1、图2，一种受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***，包括轴压加载***和围压加载***，以形成对三轴压力室进行轴压与围压加载，所述轴压加载***包括轴压加载油缸124，轴压加载油缸124的活塞杆前端设有加载压头，加载压头通过压力室上的活动压头对岩石试样133实施轴压加载，加载压头由加载压头主体126和加载活动头127组成，加载活动头127和加载压头主体126之间形成有内外球面配合结构，加载活动头127和加载压头主体126通过螺栓和预紧弹簧128连接，预紧弹簧128通过弹性力使加载活动头127和加载压头主体126之间的内外球面保持结合。
其中，轴压加载油缸124连接有轴压加载用电液伺服加载***，轴压加载油缸124的缸底盖124a上装设有磁致伸缩位移传感器124b，磁致伸缩位移传感器124b的探头轴向伸入轴压加载油缸124的活塞内，且磁致伸缩位移传感器124b的磁环也嵌设在活塞内，轴压加载油缸124的活塞杆前端与加载压头还设有应力传感器125。加载油缸124连接有轴压加载用电液伺服***，该电液伺服***通过伺服油缸和伺服电机驱动的滚珠丝杠副加载***加载。三轴压力室通过下底盘129装设有固定压头组合体，固定压头组合体由固定压头主体131和具有蜂窝孔结构的蜂窝孔固定压头132轴向组合形成，蜂窝孔固定压头132自由端用于承载岩石试样133；所述活动压头由活动压头主体134和具有蜂窝孔结构的蜂窝孔活动压头135轴向组成形成组合结构，蜂窝孔活动压头135用于向岩石试样133施加轴向载荷；所述活动压头通过透盖137设置，透盖137与压力腔体120对应端形成的连接盘120a密封连接，活动压头主体134自由端伸出透盖137外部；所述三轴压力室内部通过透盖137和下底盘129形成密闭空腔。下底盘129上和连接盘120a上设有与压力室内部空腔接通的围压加载流体通道接口，两个围压加载流体通道接口通过外接管路与围压加载用电液压伺服加载***形成围压加载循环回路。
三轴压力室包括筒形结构的压力腔体120，压力腔体120由后端的连接盘120a通过四根柱杆122和轴压加载缸安装板123形成反力架结构，反力架还包括通过螺栓与连接盘120a和轴压加载缸安装板123分别固定连接的安装底板110上；压力腔体120采用钛合金制造，压力腔体120内部两端分别设有一盘丝加热器138，压力腔体120的筒形部内壁上衬有由纳米气凝胶材料制成的绝热套121，压力腔体120的筒部外壁在与岩石试样133的对应区域形成壁厚减小的内凹结构。
其中，压力腔体120的连接法兰120b通过螺栓与下底盘129连接；下底盘129内侧装设所述固定压头组合体；连接盘120a中部间隙配合有所述透盖137，透盖137具有的法兰盘位于连接盘120a内侧，透盖137通过其法兰盘与连接盘120a形成端面密封结构；固定压头主体131和活动压头主体134上均设有用于捆扎铁丝136的环形凹槽。两个盘丝加热器138分别固定在下底盘129和透盖137上，并包围在固定压头主体131和活动压头主体134一段杆部的外周。下底盘129和透盖137之间通过至少两个定位杆139连接，定位杆139一端固定在下底盘129上，另一端与透盖137上的配合孔形成滑动配合的连接关系，多根定位杆139周向均布在固定压头主体131外周，以在岩石试样133安装后固定压头主体131和活动压头主体134同轴线。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***，包括轴压加载***和围压加载***，以形成对压力室进行轴压与围压加载，其特征在于，所述轴压加载***包括轴压加载油缸(124)，轴压加载油缸(124)的活塞杆前端设有加载压头，加载压头通过压力室上的活动压头对岩石试样(133)实施轴压加载，加载压头由加载压头主体(126)和加载活动头(127)组成，加载活动头(127)和加载压头主体(126)之间形成有内外球面配合结构，加载活动头(127)和加载压头主体(126)通过螺栓和预紧弹簧(128)连接，预紧弹簧(128)通过弹性力使加载活动头(127)和加载压头主体(126)之间的内外球面保持结合。
2.根据权利要求1所述的受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***，其特征在于，所述轴压加载油缸(124)连接有轴压加载用电液伺服加载***，轴压加载油缸(124)的缸底盖(124a)上装设有磁致伸缩位移传感器(124b)，磁致伸缩位移传感器(124b)的探头轴向伸入轴压加载油缸(124)的活塞内，且磁致伸缩位移传感器(124b)的磁环也嵌设在活塞内，轴压加载油缸(124)的活塞杆前端与加载压头还设有应力传感器(125)。
3.根据权利要求1所述的受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***，其特征在于，所述加载油缸(124)连接有轴压加载用电液伺服***，该电液伺服***通过伺服油缸和伺服电机驱动的滚珠丝杠副加载***加载。
4.根据权利要求1所述的受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***，其特征在于，所述压力室通过下底盘(129)装设有固定压头组合体，固定压头组合体由固定压头主体(131)和具有蜂窝孔结构的蜂窝孔固定压头(132)轴向组合形成，蜂窝孔固定压头(132)自由端用于承载岩石试样(133)；所述活动压头由活动压头主体(134)和具有蜂窝孔结构的蜂窝孔活动压头(135)轴向组成形成组合结构，蜂窝孔活动压头(135)用于向岩石试样(133)施加轴向载荷；所述活动压头通过透盖(137)设置，透盖(137)与压力腔体(120)对应端形成的连接盘(120a)密封连接，活动压头主体(134)自由端伸出透盖(137)外部；所述压力室内部通过透盖(137)和下底盘(129)形成密闭空腔。
5.根据权利要求4所述的受载煤岩体热流固耦合CT三轴压力加载***，其特征在于，所述下底盘(129)上和连接盘(120a)上设有与压力室内部空腔接通的围压加载流体通道接口，两个围压加载流体通道接口通过外接管路与围压加载用电液压伺服加载***形成围压加载循环回路。
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