CN107024380A - 一种杠杆式岩石流变试验加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩石流变试验技术领域，公开了一种杠杆式岩石流变试验加载装置，包括固定底座、与固定底座平行设置的主杠杆、次杠杆、垂直设于固定底座的两端的主支撑杆和次支撑杆、连接装置和加压装置；主杠杆横跨于主支撑杆与次支撑杆之间，主杠杆与主支撑杆铰接；次杠杆设于主杠杆下方、一端与次支撑杆铰接、另一端为加载端；连接装置连接主杠杆连接端和次杠杆连接端；加压装置设置于主杠杆靠近主支撑杆一端，加压装置包括同轴设置的与主杠杆连接的压头、一端与压头连接的传力杆、设于固定底座上的试件承接装置。本发明所述装置为岩石的流变试验提供稳定的静态荷载以及自动循环的扰动荷载，能提供高达50吨的加压强度，使所得到的试验数据更加精准。

Description

一种杠杆式岩石流变试验加载装置

技术领域

本发明涉及岩石流变试验技术领域，具体地，涉及一种能持续提供稳定压力、自动循环施加扰动载荷的杠杆式岩石流变试验加载装置。

背景技术

岩石流变性能是指岩石的蠕变、应力松弛、与时间有关的扩容以及强度的时间效应等特性，岩石的流变效应是工程长期稳定的重要影响因素和变形相应，因此研究岩石流变性能，可以分析岩石工程的长期稳定性和地学中的许多重要问题。

岩石流变试验特点在于加压装置要提供持久恒定的压力，通常要连续加压数天，目前的岩石流变试验装置，大多数使用刚性液压伺服试验机进行加载，虽然这些仪器装置在载荷的控制和数据采集方面性能优越，但其也具有明显的缺点:一是由于岩石的不均匀性，试验压力需要达到50吨才足以满足不同强度的岩石试验要求，而现有仪器装置达不到这种载荷要求；二是试验过程中仪器损耗大，试验成本高；三是伺服***加载的拉压力稳定性不够，导致试验精度不够。且力学试验压力机液压伺服的加载方式，用电动油泵给试验件加压，这样的压力机很难用于流变试验，流变试验开始后，每一级荷载施加数天到数十天，而液压伺服的试验机、油泵不能连续工作过长时间，而且长时间加载的话，油泵工作不稳定，导致压力不恒定，试验数据不可靠。

而对于另外一些简易试验装置，其加载原理主要是利用滑轮组或用千斤顶加载，这些装置移动方便、造价低廉，但简易试验装置中的液压千斤顶保持稳定荷载的效果不理想，而滑轮组制成的仪器又无法提供较大的压缩载荷，主要只适用于一些软弱岩土材料的流变。

同时，岩石在流变阶段易受外部扰动载荷干扰，从而影响到岩石流变的动力学特性，现有技术的岩石流变试验机扰动载荷控制存在冲击耗散、能力不集中的缺点，无法将扰动载荷集中传递至岩石试件上，造成冲击能量的损耗，给试验带来一定的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述技术缺陷，提供一种能保证压力垂直施加、压力加载杠杆稳定、自动循环施加扰动荷载、施加扰动防止荷载振动的杠杆式岩石流变试验加载装置。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种杠杆式岩石流变试验加载装置，包括固定底座、主杠杆、次杠杆、主支撑杆、次支撑杆、连接装置和加压装置；所述主支撑杆和次支撑杆分别垂直设于固定底座的两端；所述主杠杆横跨于主支撑杆与次支撑杆之间，所述主杠杆与固定底座平行，主杠杆与主支撑杆铰接连接；所述次杠杆设于主杠杆下方，所述次杠杆一端与次支撑杆铰接、另一端靠近主支撑杆设置为加载端，所述连接装置连接主杠杆靠近次支撑杆的端部和次杠杆靠近次支撑杆的端部；所述加压装置设置于主杠杆靠近主支撑杆一端，所述加压装置包括同轴设置的压头、传力杆、试件承接装置，所述试件承接装置设于固定底座上，所述压头与主杠杆连接，所述传力杆一端与压头相连、另一端与所述试件承接装置一起对试件施加压力。

具体地，所述固定底座设于地面上，在次杠杆的加载端进行加载，通过主杠杆和次杠杆的力臂作用将加载端的作用力作用于压头和传力杆上，并最终传递至试件上对试件进行加载，所述加载装置可以实现稳定加压的目的。

具体地，所述主杠杆与主支撑杆采用固定铰的连接方式，具体为在所述主支撑杆顶端设置钢板作为反力支撑板，所述固定铰一端与钢板连接，另一端与主杠杆连接，在实际使用中，主杠杆绕铰接支点处有小角度转动，固定铰的连接方式，可以起到固定主杠杆及允许其转动的作用。

具体地，所述压头和主杠杆的连接点与主杠杆在主支撑杆上的铰接点存在一定的横向垂直距离，所述次杠杆和次支撑杆的铰接点与主杠杆和次杠杆的连接装置存在一定的横向垂直距离，保证了所述次杠杆加载端的加载力通过所述主杠杆和次杠杆的两次放大，最终加载到试件上。

具体地，可以根据需要放大的载荷倍数来改变主杠杆与次杠杆的尺寸及所述横向垂直距离来调整传力比，进而达到最大的压力施加效果。

具体地，为节约材料，所述传力杆设为圆柱形传力杆，所述传力杆在与压头的连接处设有与压头适配的凹形结构，所述压头嵌于凹形结构内，避免压头方向偏倚，保证了所述加载力的精确传递。

具体地，所述压头与主杠杆的连接方式为将压头焊接在一块铁板上，然后采用螺栓将所述铁板贴合固定在主杠杆的加压表面上。

进一步地，所述加载装置还包括扰动加载重锤，所述扰动加载重锤中心设有能容纳传力杆轻松穿过的通孔；所述传力杆为变截面杆，与试件接触的一端为大截面端，所述大截面端设有加载盘供扰动加载重锤下落施加扰动载荷。

具体地，所述扰动加载重锤外形为圆柱体，所述通孔为圆形通孔。

具体地，所述传力杆设计成变截面杆，是为了方便扰动载荷的施加，所述通孔直径介于所述传力杆的小截面端与大截面端之间。

具体地，所述传力杆的变截面处为圆柱形凸台设计，所述加载盘设于变截面处，施加扰动载荷的扰动加载重锤锤击在加载盘上，通过加载盘将扰动载荷传递至所述传力杆的大截面端。

具体地，所述扰动加载重锤的加载方式为自由落体施加扰动载荷。

优选地，为对所述扰动载荷的大小进行定量估算，所述扰动加载重锤采用砝码盘堆加而成，满足加载试验中对不同扰动荷载的需求。

进一步地，所述加压装置还包括传力杆固定装置，所述传力杆固定装置包括相互连接的固定部与套筒部，所述固定部设于主支撑杆上，所述套筒部套设于传力杆外表面用于减小传力杆施加压力时的横向摩擦；所述传力杆固定装置避开所述扰动加载重锤行程设置。

具体地，所述传力杆固定装置至少设有两个，为节约传力杆固定装置的使用以及减少工艺程序，优选地只采用两个传力杆固定装置，其中一个设于紧靠压头以下的传力杆部分，另一个设于所述传力杆的大截面端；这样的设置方式使得所述传力杆被所述传力杆固定装置牢牢固定，可以减小所述传力杆的横向摩擦风险，从而降低该横向摩擦对载荷传递效率的影响，确保传力杆的工作稳定性。

具体地，所述套筒部外表面为圆柱形。

进一步地，所述扰动加载重锤内沿通孔中心轴方向设置有轴承，所述轴承与传力杆形成良好的配合。

具体地，所述扰动加载重锤在自由落体施加扰动载荷时，可能会产生与所述传力杆的摩擦或被刮擦卡住，所述通孔内的轴承设计一方面可以减少扰动加载重锤与传力杆的摩擦，另一方面形成了扰动加载重锤的运动导轨，使扰动加载重锤不偏离加载的中心，实现所述加载重锤的加载顺利性及精确性。

进一步地，为方便扰动荷载的连续自动施加，所述加载装置还包括重锤提升***，所述重锤提升***包括电机和连接电机与扰动加载重锤的履带，所述履带包括与重锤行程平行的连接段，所述连接段上设有卡栓用来实现重锤提升***与扰动加载重锤的连接与分离；所述电机通过履带带动扰动加载重锤，实现扰动载荷的自动施加。

优选地，所述履带的行程路径为三角形，所述连接段的两端作为三角形的两个角点，连接段的两端通过固定柱进行定位，所述固定柱设于所述主支撑杆上，所述电机作为所述三角形的第三个角点，所述履带在电机的带动下进行循环运转。

进一步优选地，所述三角形设为直角三角形，所述连接段为第一条直角边，所述电机设于所述扰动加载重锤的形成起始端，所述电机与所述连接段的起始端之间的履带作为第二条直角边，直角三角形的履带运转设计，保证了所述履带提升扰动加载重锤的精确性。

具体地，自动施加扰动载荷的过程为连接段的卡栓在扰动加载重锤的行程末端自动与重锤连接，所述电机开始工作，带动履带进行逆时针运转，所述履带通过卡栓提升扰动加载重锤，当所述扰动加载重锤被提升至一定高度（即行程起始端）时，所述卡栓与扰动加载重锤分离，扰动加载重锤则自由落下，向试件施加扰动载荷，以上动作周而复始进行循环。

优选地，为实现所述加载装置的功能全面性，可通过设置一个变频装置与所述电机连接，通过调节所述变频装置的频率，控制所述电机的转速，从而达到设置施加扰动载荷频率的目的。

进一步地，所述连接装置包括关节轴承和刚轴，分别在所述主杠杆和次杠杆上设置U型螺杆来固定刚轴，所述关节轴承设于刚轴之间，所述关节轴承采用双头螺杆连接。

具体地，所述连接装置既要能承受杠杆间的力的传递，又要能通过调节连接装置的连接长度来适应主杠杆和次杠杆间的相对移动，因此所述关节轴承能灵活满足以上需求。

进一步地，所述固定底座上垂直设有用来稳定次杠杆的防跌落架，所述防跌落架位于次支撑杆与次杠杆的加载端之间。

具体地，所述防跌落架的设计是为了防止所述加载装置在不做试验或者试件破坏的时候，次杠杆没有约束而掉落，所述防跌落架靠近所述次杠杆的加载端设置，并可以随着次杠杆的长度或位置进行调整。

进一步地，为了增加所述主杠杆与次杠杆载荷端的横向约束，防止主杠杆和次杠杆在远支点处产生横向位移，所述主杠杆与次支撑杆的连接端两侧均设有轴承；所述次杠杆与次支撑杆铰接端两侧均设置有轴承。

具体地，所述轴承的设置是为了保证主杠杆与次杠杆远支点端可以达到无摩擦绕支点转动的效果，同时也起到约束主杠杆与次杠杆横向移动的作用。

更具体地，所述主杠杆与次支撑杆的连接端两侧、次杠杆与次支撑杆铰接端两侧的每侧轴承固定数量为2个。

进一步地，所述次杠杆的加载端连接有砝码托盘。

具体地，砝码托盘的设置是方便给整个装置施加加压荷载，可以在砝码托盘上加载加压荷载相应大小的砝码，使得施加加压荷载的方式变得简单准确。

进一步地，所述固定底座采用槽钢制作，优选地采用4根槽钢两两腹板相对排列形成底部支撑大梁，在底部支撑大梁两端分别用与底部支撑大梁同型号的槽钢进行焊接，形成底部支撑大梁的横向连接支撑，所述横向连接支撑的槽钢排列方式也为腹板相对，所述固定底座通过所述横向连接支撑固定在地面上。

优选地，所述横向连接支撑两端均采用地锚锚固在地面上，从而实现固定底座使用时的稳定性。

进一步地，所述主支撑杆、次支撑杆均采用槽钢腹板相对制作，所述主支撑杆、次支撑杆在与所述固定底座的连接端焊接有钢板，所述主支撑杆、次支撑杆上的钢板通过高强螺栓与固定底座连接。

进一步地，所述主杠杆、次杠杆均采用中翼缘H型钢，所述中翼缘H型钢腹板两侧均采用钢板焊接加固，做成组合截面协助主杠杆及次杠杆受力。

具体地，所述钢板与腹板之间的焊接方式为在钢板与翼缘板接触的外侧沿主杠杆和/或次杠杆的长度方向施焊，边缘处的钢板，与H型钢翼缘板边缘留出一定的空间方便焊接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）通过二级杠杆连接的方式，将二级杠杆的自由端作为加载端，结合所述固定底座、主支撑杆、次支撑杆的设置，使得本加载装置克服了现有技术中力学液压伺服试验机不能提供持续稳定压力的缺陷；

（2）主杠杆和次杠杆的关节轴承连接方式，实现了加载载荷时主杠杆和次杠杆的工作灵活性；主杠杆和次杠杆远支点处的轴承限位设计，使得杠杆传力得到稳定保障，进一步为稳定加载压力提供辅助作用；

（3）二次杠杆的传力设计，用户可根据需要对主杠杆和次杠杆的长度、主杠杆与次杠杆的连接位置及加压装置在主杠杆上的设置位置进行调整，从而得到需要得传力比，实现传力效率最大化；

（4）所述主杠杆与主支撑杆的固定铰连接方式以及所述加载装置的设置方式保证了对试件压力的垂直施加，提高了加载力的施加效率；

（5）所述固定底座采用多根槽钢制作，在底部支撑大梁两侧设置横向连接支撑，所述横向连接支撑通过地锚锚固在地面上；主支撑杆、次支撑杆与所述固定底座的高强螺栓连接方式，确保了主杠杆、次杠杆加载过程的稳定性；

（6）所述扰动加载重锤以及重锤提升***的设置，通过调频装置控制电机的转速，还能按需要得频率自动循环施加扰动荷载，为岩石流变试验提供周期性的稳定的扰动载荷，实现了本加载装置自动循环施加扰动载荷的功能，可根据实际情况任意进行工况模拟试验；

（7）本加载装置中各零部件的连接方式、连接位置、压力作用点的设置、力的传递等确保了所述岩石流变试验中试验数据的精确性。

附图说明

图1为所述加载装置的主视图；

其中，1-固定底座；2-主杠杆；3-次杠杆；4-主支撑杆；5-次支撑杆；6-连接装置；7-加压装置；8-扰动加载重锤；10-防跌落架；11-底部支撑大梁；12-横向连接支撑；13-地锚；21-主杠杆连接端；22-加压端；23-主杠杆铰接端；31-次杠杆连接端；32-加载端；33-次杠杆铰接端；41-钢板；42-固定板；61-关节轴承；71-压头；72-传力杆；73-试件承接装置；74-铁板；91-电机；92-履带；321-砝码托盘；721-大截面端；722-加载盘；751-固定部；752-套筒部；921-连接段；922-卡栓。

具体实施方式

本发明实施例附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种杠杆式岩石流变试验加载装置，包括固定底座1、主杠杆2、次杠杆3、主支撑杆4、次支撑杆5、连接装置6和加压装置7；主支撑杆4和次支撑杆5分别垂直设于固定底座1的两端；其中主杠杆2横跨于主支撑杆4与次支撑杆5之间，主杠杆2与固定底座1平行设置，主杠杆2与主支撑杆4铰接连接；次杠杆3设于主杠杆2下方，次杠杆一端与次支撑杆5铰接作为次杠杆铰接端33、另一端靠近主支撑杆4设置为加载端32，连接装置6竖直连接主杠杆靠近次支撑杆的主杠杆连接端21和次杠杆靠近次支撑杆的次杠杆连接端31；加压装置7设置于主杠杆靠近主支撑杆的加压端22，加压装置7包括同轴设置的压头71、传力杆72、试件承接装置73，试件承接装置73设于固定底座1上，压头71与主杠杆2连接，传力杆72一端与压头71相连、另一端与试件承接装置73一起对试件施加压力。

本实施例中主杠杆2与主支撑杆4采用固定铰的连接方式，具体为在主支撑杆4的顶端设置钢板41作为反力支撑板，固定铰42一端与钢板41连接，另一端与主杠杆2连接，在实际使用中，主杠杆绕铰接支点处有小角度转动，固定铰的连接方式，可以起到固定主杠杆及允许其转动的作用。

固定铰42采用25cm×12cm×7cm的钢质固定铰。

主杠杆2与主支撑杆4的铰接处为主杠杆铰接端23，主杠杆2上的加压端22和主杠杆铰接端23存在一定的横向垂直距离，次杠杆铰接端33与次杠杆连接端存在一定的横向垂直距离，保证了次杠杆加载端的加载力通过主杠杆2和次杠杆3的两次放大，最终放大数倍加载到试件上。

具体地，可以根据需要放大的载荷倍数来改变主杠杆与次杠杆的尺寸及所述横向垂直距离来调整传力比，进而达到最大的压力施加效果。

其中本实施例中主杠杆力臂比为1:12，次杠杆力臂比为1:10；即将主杠杆铰接端23与加压端22的横向垂直距离设为200mm，主杠杆铰接端23与主杠杆连接端21的横向垂直距离为2400mm，因此传力比为1:12；次杠杆铰接端33与次杠杆连接端31的横向垂直距离为150mm，次杠杆加载端32与次杠杆铰接端33的横向垂直距离为1550mm，因此传力比为1:10；在次杠杆加载端32施加的加压荷载经过次杠杆3和主杠杆2两次放大120倍后，最终加载到试件上。

为节约材料，传力杆72设为圆柱形传力杆，传力杆72在与压头71的连接处设有与压头适配的凹形结构(未示出），压头71嵌于凹形结构内，避免压头方向偏倚，保证了加载力的精确传递。

为使压头71与主杠杆实现稳固连接，压头71与主杠杆2的连接方式为将压头焊接在一块铁板74上，然后采用螺栓将铁板74贴合固定在主杠杆2的加压表面上。

本加载装置还包括外形为圆柱体的扰动加载重锤8，其中心设有能容纳传力杆72轻松穿过的圆形通孔；传力杆72为变截面杆，与试件接触的一端为大截面端721，大截面端设有加载盘722供扰动加载重锤下落施加扰动载荷。

传力杆72设计成变截面杆，是为了方便扰动载荷的施加，用来限制扰动加载重锤8的行程，扰动加载重锤8的圆形通孔直径介于传力杆72的小截面端与大截面端之间。

本实施例中传力杆的小截面端直径为100mm，大截面端直径为120mm。

传力杆72的变截面处为圆柱形凸台设计，加载盘722设于变截面处，施加扰动载荷的扰动加载重锤8通过自由落体的方式锤击在加载盘722上，通过加载盘722将扰动载荷传递至传力杆72的大截面端。

为对扰动载荷的大小进行定量估算，扰动加载重锤8采用砝码盘堆加而成，以便满足加载试验中对不同扰动荷载的需求。

加压装置7还包括传力杆固定装置，传力杆固定装置包括相互连接的固定部751与套筒部752，固定部751设于主支撑杆4上，套筒部752套设于传力杆72外表面用于减小传力杆施加压力时的横向摩擦；传力杆固定装置避开扰动加载重锤行程设置。

其中固定部实际可采用多块钢板与主支撑杆4相互牢固焊接，固定部751与套筒部752也采用焊接的方式固定。

传力杆固定装置可以设置多个，本实施例中为节约传力杆固定装置的使用以及减少工艺程序，只采用两个传力杆固定装置，其中一个设于紧靠压头71以下的传力杆部分，另一个设于传力杆的大截面端722外表面；这样的设置方式使得传力杆72被传力杆固定装置牢牢固定，可以减小传力杆的横向摩擦风险，从而降低该横向摩擦对载荷传递效率的影响，确保传力杆的工作稳定性。

套筒部752外表面设为圆柱形，与传力杆72、扰动加载重锤8的外形一致，实现整个装置的整体美观性。

扰动加载重锤8内沿通孔中心轴方向设置有轴承（未示出），轴承与传力杆形成良好的配合。

具体地，扰动加载重锤8在自由落体施加扰动载荷时，可能会产生与传力杆72的摩擦或被刮擦卡住，通孔内的轴承设计一方面可以减少扰动加载重锤与传力杆的摩擦，另一方面形成了扰动加载重锤的运动导轨，使扰动加载重锤8不偏离加载的中心，实现所述加载重锤的加载顺利性及精确性。

为方便扰动荷载的连续自动施加，所述加载装置还包括重锤提升***，重锤提升***包括电机91和连接电机与扰动加载重锤8的履带92，履带包括与重锤行程平行的连接段921，连接段上设有卡栓922用来实现重锤提升***与扰动加载重锤的连接与分离；电机91通过履带92带动扰动加载重锤，实现扰动载荷的自动施加。

本实施例中履带92的形成路径为直角三角形，连接段921的两端作为三角形的两个角点，连接段的两端通过固定柱进行定位，固定柱设于主支撑杆4上，电机91作为直角三角形的第三个角点，此时连接段921为第一条直角边，电机91设于扰动加载重锤8的形成起始端，电机91与连接段921的起始端之间的履带作为第二条直角边，直角三角形的履带运转设计，保证了所述履带提升扰动加载重锤的精确性。

具体地，自动施加扰动载荷的过程为连接段的卡栓922在扰动加载重锤8的行程末端自动与重锤连接，电机91开始工作，带动履带92进行逆时针运转，履带通过卡栓922提升扰动加载重锤8，当扰动加载重锤8被提升至一定高度（即行程起始端）时，卡栓922与扰动加载重锤8分离，扰动加载重锤则自由落下，向试件施加扰动载荷，以上动作周而复始进行循环。

为实现所述加载装置的功能全面性，还设有一个变频装置（未示出）与电机91连接，通过调节变频装置的频率，控制电机91的转速，从而达到设置施加扰动载荷频率的目的。

连接装置6包括关节轴承61和刚轴，分别在主杠杆2和次杠杆3上设置U型螺杆来固定刚轴，关节轴承61设于刚轴之间，关节轴承61采用双头螺杆连接。

连接装置6既要能承受杠杆间的力的传递，又要能通过调节连接装置的连接长度来适应主杠杆2和次杠杆3间的相对移动，因此关节轴承能灵活满足以上需求。

固定底座1上垂直设有用来稳定次杠杆3的防跌落架10，防跌落架位于次支撑杆5与次杠杆3的加载端32之间。

防跌落架10的设计是为了防止所述加载装置在不做试验或者试件破坏的时候，次杠杆3没有约束而掉落，防跌落架靠近次杠杆的加载端设置，防跌落架与固定底座通过高强螺栓连接，因此防跌落架可以随着次杠杆的长度或位置进行调整。

为了增加主杠杆与次杠杆载荷端的横向约束，防止主杠杆2和次杠杆3在远铰接支点处产生横向位移，在主杠杆2与次支撑杆5的连接端两侧均各设有2个轴承（未示出）；在次杠杆3与次支撑杆5的铰接部位两侧也各设置有2个轴承（未示出）。

具体地，上述轴承的设置是为了保证主杠杆2与次杠杆3远铰接支点端可以达到无摩擦绕支点转动的效果，同时也起到约束主杠杆与次杠杆横向移动的作用。

次杠杆的加载端32连接有砝码托盘321，方便给整个装置施加加压荷载，可以在砝码托盘上加载加压荷载相应大小的砝码，使得施加加压荷载的方式变得简单准确。

固定底座1采用4根槽钢两两腹板相对排列形成底部支撑大梁11，在底部支撑大梁11两端分别用与底部支撑大梁同型号的槽钢进行焊接，形成底部支撑大梁的横向连接支撑12，横向连接支撑12的槽钢排列方式也为腹板相对，固定底座1通过在横向连接支撑12两端设置地锚13锚固在地面上，从而实现固定底座使用时的稳定性。

固定底座1具体地采用32A型槽钢，底部支撑大梁的槽钢长度为3100mm，横向连接支撑的长度为1500mm。

主支撑杆4、次支撑杆5均采用32A槽钢腹板相对制作，主支撑杆4、次支撑杆5在与固定底座1的连接端焊接有钢板（未示出），主支撑杆、次支撑杆上的钢板通过高强螺栓与固定底座1连接。

主杠杆2、次杠杆3均采用中翼缘H型钢，中翼缘H型钢腹板两侧均采用钢板焊接加固，做成组合截面协助主杠杆及次杠杆受力。

具体地，主杠杆采用350mm×250mm中翼缘H型Q235钢，用来起加固作用的钢板厚度为10mm。

具体地，钢板与腹板之间的焊接方式为在钢板与翼缘板接触的外侧沿主杠杆和/或次杠杆的长度方向施焊，边缘处的钢板，与H型钢翼缘板边缘留出10mm的空间方便焊接。

本实施例所述加载装置的试验压力可达到50吨，从而满足高强度的岩石试验要求，根据力学计算公式可得出主杠杆的安全系数，具体校核过程如下：

主杠杆截面特性：面积A=228cm²，其中H型钢的截面A_H=99.53cm²，截面对X轴的惯性矩：Ix=250×10⁶ mm⁴，截面对Y轴的惯性矩：Iy=114.2×10⁶ mm⁴，截面对X轴的静矩S*=620×10³mm³。

抗弯强度校核：

当主杠杆承受500KN的集中力作用时，作用点处承受最大的梁弯矩Mmax=13205KN·m

而Q235的抗剪强度设计值95MPa，由此可知，本加载装置可满足50吨试验压力的要求。

本发明的加载装置已成功运用于岩石的流变试验中，借鉴二级杠杆放大的原理，通过主杠杆与次杠杆两级放大了在砝码托盘施加的较小的加压荷载，在加载装置上获得了所需要的大试验荷载。并且采用上述加载装置，可以提供更加稳定的更为持续的试验荷载，使得岩石流变试验能够持续稳定的进行。此外，在加载装置中设置扰动加载重锤，其与电机配合能自动循环施加扰动荷载，为岩石流变试验提供周期性的稳定的扰动荷载，解决了现有技术中未能克服的技术难题。经对比总结发现，本发明所述杠杆式岩石流变试验加载装置所得到的试验数据更加精准。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。

Claims (10)

1.一种杠杆式岩石流变试验加载装置，其特征在于，包括固定底座、主杠杆、次杠杆、主支撑杆、次支撑杆、连接装置和加压装置；所述主支撑杆和次支撑杆分别垂直设于固定底座的两端；所述主杠杆横跨于主支撑杆与次支撑杆之间，所述主杠杆与固定底座平行，主杠杆与主支撑杆铰接连接；所述次杠杆设于主杠杆下方，所述次杠杆一端与次支撑杆铰接、另一端靠近主支撑杆设置为加载端，所述连接装置连接主杠杆靠近次支撑杆的端部和次杠杆靠近次支撑杆的端部；所述加压装置设置于主杠杆靠近主支撑杆一端，所述加压装置包括同轴设置的压头、传力杆、试件承接装置，所述试件承接装置设于固定底座上，所述压头与主杠杆连接，所述传力杆一端与压头相连、另一端与所述试件承接装置一起对试件施加压力。

2.根据权利要求1所述杠杆式岩石流变试验加载装置，其特征在于，还包括扰动加载重锤，所述扰动加载重锤中心设有能容纳传力杆轻松穿过的通孔；所述传力杆为变截面杆，与试件接触的一端为大截面端，所述大截面端设有加载盘供重锤下落施加扰动载荷；所述扰动加载重锤采用砝码盘堆加而成。

3.根据权利要求2所述杠杆式岩石流变试验加载装置，其特征在于，所述加压装置还包括传力杆固定装置，所述传力杆固定装置包括相互连接的固定部与套筒部，所述固定部设于主支撑杆上，所述套筒部套设于传力杆外表面用于减小传力杆施加压力时的横向摩擦；所述传力杆固定装置避开所述扰动加载重锤行程设置。

4.根据权利要求2所述杠杆式岩石流变试验加载装置，其特征在于，所述扰动加载重锤内沿通孔中心轴方向设置有轴承。

5.根据权利要求2所述杠杆式岩石流变试验加载装置，其特征在于，还包括重锤提升***，所述重锤提升***包括电机和连接电机与扰动加载重锤的履带，所述履带包括与重锤行程平行的连接段，所述连接段上设有卡栓用来实现重锤提升***与扰动加载重锤的连接与分离；所述电机通过履带带动扰动加载重锤，实现扰动载荷的自动施加。

6.根据权利要求1所述杠杆式岩石流变试验加载装置，其特征在于，所述连接装置包括关节轴承和刚轴，分别在所述主杠杆和次杠杆上设置U型螺杆来固定刚轴，所述关节轴承设于刚轴之间，所述关节轴承采用双头螺杆连接。

7.根据权利要求1所述杠杆式岩石流变试验加载装置，其特征在于，所述固定底座上垂直设有用来稳定次杠杆的防跌落架，所述防跌落架位于次支撑杆与次杠杆的加载端之间。

8.根据权利要求1所述杠杆式岩石流变试验加载装置，其特征在于，所述主杠杆与次支撑杆的连接端两侧均设有轴承；所述次杠杆与次支撑杆铰接端两侧均设置有轴承。

9.根据权利要求1所述杠杆式岩石流变试验加载装置，其特征在于，所述次杠杆的加载端连接有砝码托盘。

10.根据权利要求1~9任意一项所述杠杆式岩石流变试验加载装置，其特征在于，所述固定底座、主支撑杆、次支撑杆均采用槽钢制作；所述主杠杆、次杠杆均采用中翼缘H型钢，所述中翼缘H型钢两侧用钢板焊接加固。