一种岩石动三轴试验系统的岩石试样试验仓的制作方法

本实用新型涉及一种岩石动三轴压缩试验系统，可在矿山、抗震、交通运输、机械安装、港口等工程领域的岩石力学试验中广泛应用。

背景技术：

近年来，随着爆破工程、抗震工程、交通运输、机械工程、堤防工程等领域的迅速发展，岩石动力学的研究逐渐成为一个重要的力学研究分支。爆破作业和地震作用直接给附近建筑物、构筑物、自然山体带来动力冲击，快速奔驰的列车给轨道和桥墩带来反复的循环荷载，高速运转的大型机械对地基基础带来长时间、高频率的持续振动，这些工程的迅速发展对各类动力学的研究提出了新的挑战。

然而，相比于动力理论研究，岩石的动力力学试验器材相对匮乏，即使能够进行动载试验的相关装置也存在不同差异的缺陷。英国GDS生产的空心柱扭剪试验系统（HCA）可进行动静三轴和动静扭剪试验，然而该试验装置的最大动载频率为2Hz，目前被广泛使用的RMT-150多功能全自动刚性岩石伺服试验机的振动频率范围为0.01Hz～1Hz，这些动载试验装置只适用于低频动载试验。SHPB试验装置是最早用于动力力学研究的仪器，该装置通过改变加载应变率，研究岩石的动态抗压、抗拉强度，该仪器的巧妙运用为动力研究带来了极大帮助，然而，该仪器主要进行岩石的冲击试验，无法进行循环试验和疲劳强度试验，也不能得到具有说服力的动力强度参数。振动台试验装置在地震荷载的相关研究中做出了突出的贡献，特别在沙土液化的研究中，该装置得到众多学者的普遍认同，然而该试验破坏性强、试验造价高，因此很难被广泛推广使用。

在材料的力学研究中，圣维南原理表明，材料的一小部分边界面上的面力，变换为分布不同但主矢和主矩等效的面力时，近处的应力分布将有显著的改变，但是远处所受到的影响可以忽略不计。该原理成为本实用新型的力学理论基础。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对现有岩石动力力学试验中存在的上述问题，进一步丰富岩石动力力学研究基础，而提供一种岩石动三轴试验系统的岩石试样试验仓。

为实现本实用新型的上述目的，本实用新型一种岩石动三轴试验系统的岩石试样试验仓采用以下技术方案：

本实用新型一种岩石动三轴试验系统的岩石试样试验仓，包括试样仓仓体，它还含有带有中心水压孔的压头、装在试样仓仓体内的橡胶皮套、带有中心水压孔的底座、压力仓排水排气管、承压部件排水排气管、试验仓进水管，所述的试验仓进水管安装在试样仓仓体的底部，所述的压力仓排水排气管安装在试样仓仓体的顶部；试样仓仓体、胶皮套的下部安装在带有水压孔的底座上；在橡胶皮套内自下而上分别装有下部承压部件、岩石试样、上部承压部件，压头底端部直径、底座直径、上部承压部件直径、下部承压部件直径和橡胶皮套的内径均相等，压头和底座上的水压孔均位于圆柱正中心；在装有上部承压部件位置的橡胶皮套上套装有上部试样密封圈，在装有下部承压部件位置的橡胶皮套上套装有下部试样密封圈；所述的上部承压部件、下部承压部件的端部分别钻有1个中心圆柱钻孔及若干个周边圆柱钻孔，周边圆柱钻孔环绕中心圆柱钻孔设置，中心圆柱钻孔与周边圆柱钻孔通过连接深沟联通，周边圆柱钻孔与承压部件排水排气管联通；压头穿过试样仓仓体顶部中央与装在胶皮套内的上部承压部件连接；压头的中心水压孔与上部承压部件的中心圆柱钻孔相对应，底座的中心水压孔与下部承压部件的中心圆柱钻孔相对应。

所述的上部承压部件、下部承压部件端部钻有的周边圆柱钻孔数分别为6个，6个周边圆柱钻孔位于正六边形的6个端点上。

所述的试样仓仓体及所有管道均采用高强度金属材质，至少能承受50MPa水压作用。

所述的上部承压部件、下部承压部件、均采用硬质材料，其弹性模量大于200GPa。

本实用新型一种岩石动三轴试验系统的岩石试样试验仓与动力加压装置联合使用，采用液态水进行动力传递，最大化减小了高频动力给仪器自身的破坏作用，有效保护了仪器的自身安全。该试验系统是在常规岩石静力三轴压缩仪的基础上进行改进，将常规三轴试验中的透水垫板换成承压部件，同时增加了一个动力加压系统，大幅度增强了试验仪器的功能，有效增强了仪器的全面性与实用性。

附图说明

图1是本实用新型采用的岩石动三轴试验系统结构联系图；

图2是本实用新型一种岩石动三轴试验系统的岩石试样试验仓结构示意图；

图3是本实用新型采用的承压部件立体示意图；

图4是本实用新型采用的承压部件平面示意图。

附图标记为：1-压头；2-压力仓排水排气管；3-承压部件排水排气管；4-上部承压部件；4'-下部承压部件；5-岩石试样；6-上部试样密封圈；6'-下部试样密封圈；7-试验仓进水管；8-橡胶皮套；9-动水压管；10-带有水压孔的底座；11-电动输出机构；12-动力连杆；13-传动连杆；14-顶部活塞；15-储水压力仓；16-进水管；17-静水压管；18-高强度弹簧组；19-底部活塞；20-动力加压仓体；21-试样仓仓体；22-周边圆柱钻孔；23-中心圆柱钻孔；24-连接深沟。

具体实施方式

为进一步描述本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型一种岩石动三轴试验系统的岩石试样试验仓做进一步详细说明。

由图1所示的本实用新型采用的岩石动三轴试验系统结构联系图并结合图2看出，所述的岩石动三轴试验系统是由动力加压装置、岩石试样试验仓组合构成：

所述的动力加压装置包括连杆传动机构、动力加压仓体20，在动力加压仓体20内的中上部自下而上分别装有底部活塞19、高强度弹簧组18、顶部活塞14，动力加压仓体20内的下部为储水压力仓15；储水压力仓15的下部分别与进水管16、静水压管17相联通；动力加压仓体20内的顶部活塞14与连杆传动机构连接；所述的连杆传动机构由电动输出机构11、动力连杆12、传动连杆13顺序连接构成，所述的传动连杆13与动力加压仓体20内的顶部活塞14的中心点连接。动力连杆12长度不宜超过5mm，电动输出机构11的转动频率可以根据试验要求灵活调节；动力连杆12、传动连杆13的强度与最大动压值、储水压力仓15直径相匹配；储水压力仓15的厚度、动水压管9的强度、静水压管17的强度相匹配，要求都能承受相应的水压作用；高强度弹簧组18的劲度系数与设备的动压幅值相匹配；在动力循环过程中，高强度弹簧组18一直处于被压缩状态，其压缩量的大小取决于动力连杆12、传动连杆13的位置；高强度弹簧组18在弹性范围内的最大压缩量是动力连杆12的长度的2.2倍以上。

所述的岩石试样试验仓包括带有中心水压孔的压头1、试样仓仓体21、装在试样仓仓体21内的橡胶皮套8、带有中心水压孔的底座10、压力仓排水排气管2、承压部件排水排气管3、试验仓进水管7，试验仓进水管7安装在试样仓仓体21的底部，压力仓排水排气管2安装在试样仓仓体21的顶部；试样仓仓体21、胶皮套8的下部安装在带有水压孔的底座10上；在橡胶皮套8内自下而上分别装有下部承压部件4'、岩石试样5、上部承压部件4，压头1底端部直径、底座10直径、上部承压部件4直径、下部承压部件4'直径和橡胶皮套8的内径均相等，为50mm。压头1和底座10上的水压孔均位于圆柱正中心；在装有上部承压部件4的中央位置的橡胶皮套8上套装有上部试样密封圈6，在装有下部承压部件4'的中央位置的橡胶皮套8上套装有下部试样密封圈6'；橡胶皮套8的长度与岩石试样5的高度、上部承压部件4、下部承压部件4'的高度相匹配，橡胶皮套8的长度在140mm～150mm之间为宜。

在储水压力仓15的底部连接有动水压管9，动水压管9分出两支管：上支管、下支管，上支管与压头1内的中心水压孔联通，下支管与底座10内的中心水压孔联通。

由图3所示的本实用新型采用的承压部件立体示意图并结合图4、图1看出，上部承压部件4、下部承压部件4'的高度为55mm，直径为50mm，其中一端有均匀分布的7个完全相同的小圆柱钻孔：中心圆柱钻孔23、周边圆柱钻孔22，7个小圆柱钻孔分别位于正六边形的6个端点和中心上，小圆柱钻孔的直径为8mm，孔深为5mm；中心圆柱钻孔23与6个周边圆柱钻孔22之间有1mm宽的连接深沟24连通，连接长度为7mm。周边圆柱钻孔22与承压部件排水排气管3联通；压头1穿过试样仓仓体21顶部中央与装在胶皮套8内的上部承压部件4连接；压头1的中心水压孔与上部承压部件4的中心圆柱钻孔23相对应，底座10的中心水压孔与下部承压部件4'的中心圆柱钻孔23相对应。