一种岩石围压加卸载试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩石力学试验技术领域，具体地说是一种岩石围压加卸载试验装置。
【背景技术】
[0002]岩石力学室内试验是进行岩石力学参数测定的基本方法。岩样在加卸载过程中的全程应力应变曲线含有丰富信息，是研究岩石力学特性基本手段，也是评价岩石工程稳定性的重要依据之一。在地下工程实践中，开挖卸载是诱发地下空间围岩应力重新分布并导致围岩破坏的主要原因。在目前试验条件下，通常使用油压提供试样围压，卸载围压过程中，试样围压的卸载速度与爆破开挖相比较慢，试验结果与现场现象不太符合。另外，端面效应对于试样的承载特性(如承载极限、破坏类型、尺寸效应等)具有重要影响，而在试验过程中，端面摩擦的增加和减少对于上述承载特性的影响还没有成熟的手段进行研究。本发明一种岩石围压加卸载试验装置既可实现围压快速卸载，又可通过改变端面侧压的方法研究试样的端部效应。
【发明内容】
[0003]本发明一种岩石围压加卸载试验装置由高压气室、轴压加载系统、充放气系统、气压测试系统组成。
[0004]高压气室由圆筒、环形上盖、环形下盖、橡胶套、第一挡板、第二挡板、第一 O型橡胶圈、第二 O型橡胶圈、第三O型橡胶圈、第一充放气连接头安装孔、第二充放气连接头安装孔、第三充放气连接头安装孔、第一压力传感器安装孔、第二压力传感器安装孔、第三压力传感器安装孔组成。圆筒、环形上盖、环形下盖为足够厚度金属材料，其刚度和强度满足高压气室试验要求。橡胶套与环形上盖、环形下盖、第一挡板、第二挡板内侧连接，具有伸缩和侧向变形能力；第一挡板和第二挡板将高压气室分割为三个环形气室，环形上盖和第一挡板之间为上气室，第一挡板和第二挡板之间为中气室，第二挡板和环形下盖之间为下气室。第一挡板和第二挡板结构一样，均由挡板固定段、弹簧组、挡板滑动段组成。第一挡板和第二挡板固定端均为焊接于圆筒内侧的圆环形板，每个弹簧一头连接挡板固定段，另一头连接一个挡板滑动段。挡板滑动段为多个扇形等厚度块体，内侧连接橡胶套，相邻块之间有足够的空隙，当向上压头、下压头和试样施加围压的时候，邻块之间不会产生明显挤压力。第一挡板和第二挡板厚度足够大，且滑动段和固定段之间的重叠段足够长，具有防止第一挡板和第二挡板从高压气室向低压气室方向明显移动或发生大变形的作用。
[0005]第一 O型橡胶圈在上气室内，通过第一充放气连接头安装孔与第一充放气连接头连接，第一充放气连接头另一端为充放气系统，充放气系统为第一 O型橡胶圈充气增压和放气降压；第一 O型橡胶圈通过第一压力传感器安装孔与第一压力传感器连通，采用第一压力传感器实时记录第一 O型橡胶圈内气体压力大小。当上气室压力增加时，第一挡板滑动段向试样滑动，第一组弹簧伸长，橡胶套压紧上压头。当上气室压力降低时，第一挡板滑动段远离上压头滑动，第一组弹簧收缩，橡胶套远离上压头。
[0006]第二 O型橡胶圈在中气室内，通过第二充放气连接头安装孔与第二充放气连接头连接，第二充放气连接头另一端为充放气系统，充放气系统为第二 O型橡胶圈充气增压和放气降压；第二 O型橡胶圈通过第二压力传感器安装孔与第二压力传感器连通，采用第二压力传感器实时记录第二O型橡胶圈内气体压力大小。当中气室压力增加时，第一挡板和第二挡板滑动段均向试样滑动，第一组弹簧和第二组弹簧均伸长，橡胶套压紧试样。当中气室压力降低时，第一挡板和第二挡板滑动段均远离试样滑动，第一组和第二组弹簧均收缩，橡胶套远离试样。
[0007]第三O型橡胶圈在下气室内，通过第三充放气连接头安装孔与第三充放气连接头连接，第三充放气连接头另一端为充放气系统，充放气系统为第三O型橡胶圈充气增压和放气降压。第三O型橡胶圈通过第三压力传感器安装孔与第三压力传感器连通，采用第三压力传感器实时记录第三O型橡胶圈内气体压力大小。当下气室压力增加时，第二挡板滑动段向下压头滑动，第二组弹簧伸长，橡胶套压紧下压头。当下气室压力降低时，第二挡板滑动段远离下压头滑动，第二组弹簧收缩，橡胶套远离下压头。
[0008]轴压加载系统包括上压头和下压头。上压头和下压头为圆柱体，其直径与圆柱试样直径一样，通过改变上压头和下压头的高度，可调整试样与高压气室内环的相对位置。岩石试样在轴向承受轴向压缩载荷作用，上压头和下压头用于减少压力机油缸活塞与底座之间的空隙，并传递轴向压力。
[0009]充放气系统由充放气连接头、三通接头、四通接头、高压管、压力表、针型阀、减压阀、高压气瓶组成。
[0010]第一充放气连接头通过第一充放气连接头安装孔与第一 O型橡胶圈连接，通过第一高压管连接第一三通接头、第四三通接头、第十三通接头、四通接头，第一三通接头上安装第一压力表，第四三通接头通过第四高压管连接第七三通接头，第七三通接头上安装第一针型阀，第十三通接头上安装第四针型阀。
[0011]第二充放气连接头通过第二充放气连接头安装孔与第二 O型橡胶圈连接，通过第二高压管连接第二三通接头、第五三通接头、第十一三通接头、四通接头，第二三通接头上安装第二压力表，第五三通接头通过第五高压管连接第八三通接头，第八三通接头上安装第二针型阀，第十一三通接头上安装第五针型阀。
[0012]第三充放气连接头通过第三充放气连接头安装孔与第三O型橡胶圈连接，通过第三高压管连接第三三通接头、第六三通接头、第十二三通接头、四通接头，第三三通接头上安装第三压力表，第六三通接头通过第六高压管连接第九三通接头，第九三通接头上安装第三针型阀，第十二三通接头上安装第六针型阀。
[0013]第一高压管、第二高压管、第三高压管通过四通接头连接第七高压管，通过第七高压管连接第十三三通接头、减压阀和高压气瓶，第十三三通接头上安装第七针型阀。
[0014]在初始状态下，所有针型阀均为关闭状态，第一弹簧组和第二弹簧组均为收缩状
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[0015]上气室充气增压步骤如下:打开气瓶，通过减压阀调整充气压力，依次打开第七针型阀和第四针型阀，通过第七高压管和第一高压管向第一O型橡胶圈供气。第一压力表显示上气室压力增加过程，直至上气室压力达到设计值，关闭高压气瓶、第七针型阀和第四针型阀。上气室放气减压步骤如下:打开第一针型阀，通过第一高压管和第四高压管降低第一O型橡胶圈气体压力。手动调节第一针型阀实现放气降压速度。
[0016]中气室充气增压步骤如下:打开气瓶，通过减压阀调整充气压力，依次打开第七针型阀和第五针型阀，通过第七高压管和第二高压管向第二 O型橡胶圈供气。第二压力表显示中气室压力增加过程，直至中上气室压力达到设计值，关闭高压气瓶、第七针型阀和第五针型阀。中气室放气减压步骤如下:打开第二针型阀，通过第二高压管和第五高压管降低第二 O型橡胶圈气体压力。手动调节第二针型阀实现放气降压速度。
[0017]下气室充气增压步骤如下:打开气瓶，通过减压阀调整充气压力，依次打开第七针型阀和第六针型阀，通过第七高压管和第三高压管向第三O型橡胶圈供气。第三压力表显示下气室压力增加过程，直至下气室压力达到设计值，关闭高压气瓶、第七针型阀和第六针型阀。下气室放气减压步骤如下:打开第三针型阀，通过第三高压管和第六高压管降低第三O型橡胶圈气体压力。手动调节第三针型阀实现放气降压速度。