一种岩石力学模拟实验装置的制作方法

本发明涉及岩石力学实验设备技术领域，具体是一种岩石力学模拟实验装置。

背景技术：

岩石力学实验是研究岩石各种力学特性的重要手段，是支撑岩石力学发展的基础。在地表岩层中，岩体的温度与环境温度相同，因此研究地表岩层岩石的力学特性，采用常温实验机。但随着地层深度的增加，岩层温度上升，因此研究地层深部岩石的力学特性时，必须采用高温实验机才能还原岩层的真实状态。

然而传统的岩石力学实验装置在实验过程中，由于实验装置无法对实验温度进行实时监控与控制，导致实验压力室内部温度过高容易影响实验效果，并且由于缺乏防护构件，降低了实验装置的使用寿命，此外，目前的岩石试样一般采用三轴加压机进行试验，这种方式虽然是采用三轴进行加压，但是，三轴之间由于方向变化过大，而在实际中，每个单位的岩石在岩层内部受到的压力尤其是四周的力是几乎均匀的，这就导致三轴加压的方式对于岩石试样的研究来说，无法真实的反应其实际情况，因此，本领域技术人员提供了一种岩石力学模拟实验装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种岩石力学模拟实验装置，以解决上述背景技术中提出传统的岩石力学实验装置在实验过程中，由于实验装置无法对实验温度进行实时监控与控制，导致温度过高容易影响实验效果，并且由于缺乏防护构件，降低了实验装置的使用寿命，并提高真实加压情况的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种岩石力学模拟实验装置，包括上机台、下机台、机架、竖向加压组件、实验压力室、周向加压组件和控制机台，其中，所述实验压力室固定设置在下机台上端表面中心位置，所述下机台的上端四个角的位置处固定设置有机架，所述机架的上端位置处固定连接有上机台；其特征在于，

所述上机台的中心设置有向下延伸且伸入所述实验压力室的竖向加压组件，所述实验压力室内还设置有周向加压组件，所述周向加压组件的中心构设有岩石试件腔，所述岩石试件腔为圆柱结构，且待实验的岩石试样为与之匹配的圆柱结构，所述周向加压组件从所述岩石试样的外圆周周面均匀的向所述岩石试样施加压力；

所述实验压力室内部还设置有加热温控组件，所述加热温控组件对所述实验压力室内的温度进行控制与调节；

所述竖向加压组件、周向加压组件均由所述控制机台进行集中控制。

作为本发明进一步的方案：所述周向加压组件包括导向座、径向液压杆、液压管和压紧环，其中，所述导向座固定设置在所述实验压力室内部，所述导向座为环形结构，所述导向座的圆周上阵列布置设置有多个导向孔，每个所述导向孔对应设置有一个所述径向液压杆，所述径向液压杆采用气缸架固定在所述导向座的外圆周上，所述径向液压杆的活动端穿过所述导向孔，且可沿着所述导向孔滑动，每个所述径向液压杆的活动端均连接至所述压紧环的外周壁，所述压紧环的内周壁紧贴所述岩石试样的外周壁设置。

作为本发明进一步的方案：所述压紧环采用多个弧段链板连接而成，且所述链板的弧段个数与所述径向液压杆的个数相同，相邻的所述弧段链板之间采用柔性铰接段连接在一起，且所述弧段链板的弧段对应的中心角度至少为所述柔性铰接段的弧段所对应的中心角的倍。

作为本发明进一步的方案：所述竖向加压组件包括电动伸缩液压缸、轴向杆和轴向定位套，其中，所述上机台的中心位置处固定设置有电动伸缩液压缸，所述电动伸缩液压缸的伸缩端固定连接有轴向杆，所述轴向杆与实验压力室之间固定设置有轴向定位套。

作为本发明进一步的方案：所述加热温控组件包括电加热片，其中，所述电加热片位于所述实验压力室内部，用于对岩石试样进行温度控制，所述轴向杆的内部底端位置处固定设置有温度传感器，所述温度传感器的一侧固定设置有压力传感器。

作为本发明进一步的方案：所述下机台的底端位置处固定设置有支撑构件，所述支撑构件包括第二支撑柱和第一支撑柱，所述第一支撑柱设置在第二支撑柱的上端，所述实验压力室的内侧位置处固定设置有岩石试件腔，所述岩石试件腔的内侧位置处间隔均匀固定设置有电加热片，所述下机台的一侧位置处固定设置有控制机台，所述控制机台的内部位置处固定设置有微电脑控制处理器，所述上机台的上端位置处固定设置有报警器。

作为本发明进一步的方案：所述温度传感器的输出端与微电脑控制处理器的输入端电性连接，所述微电脑控制处理器的输出端与电加热片和报警器的输入端均电性连接。

作为本发明进一步的方案：所述压力传感器的输出端与微电脑控制处理器的输入端电性连接，所述微电脑控制处理器的输出端与电动伸缩液压缸的开关输入端电性连接。

作为本发明进一步的方案：所述实验压力室的内侧位置处固定设置有隔热板，所述隔热板是一种真空隔热板构件，所述电加热片的表面位置处固定设置有导热片，所述导热片是一种以铝为材质制成的散热片构件。

作为本发明进一步的方案：所述第一支撑柱与第二支撑柱的数量均为四个，所述第一支撑柱的上端与下机台的底端表面固定连接，所述第二支撑柱的内部位置处开设有活动腔，所述第二支撑柱活动套接与第一支撑柱的外侧表面，所述第一支撑柱的底端与第二支撑柱之间固定连接有弹簧，所述第二支撑柱的底端位置处固定设置有耐磨防滑垫。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用多个径向加压的方式，且每个径向液压杆的液压管采用液压泵站进行统一控制，提高加压的均匀性，保证周向加压的方便性，本发明可以有效的模拟真实情况，保证加压的效果；

2、本发明采用压紧环采用多个弧段链板连接而成，这样，可以实现压紧环具有一定的弹性空间，实现加压的完成，提高加压的均匀性；

3、本发明设置了温度传感器、报警器、电加热片、导热片和微电脑控制处理器，导热片使得加热更加均匀，提高了加热速度，能够对实验压力室内部温度实时监控，当实验压力室内部温度超过预设值时，能够对温度进行更好地控制，并且报警器会及时发出提醒，提高了实验安全性与实验效果。

4、本发明设置了隔热板，隔热板是一种真空隔热板构件，能够增强实验压力室的保温性能，防止热量散失较快影响实验效果。

5、本发明设置了第一支撑柱、弹簧、耐磨防滑垫和第二支撑柱，起到了良好的减震作用，对实验装置进行更好地防护，延长了产品的使用寿命。

附图说明

图1为一种岩石力学模拟实验装置的结构示意图；

图2为一种岩石力学模拟实验装置中的正视结构示意图；

图3为一种岩石力学模拟实验装置中支撑构件的结构示意图；

图4为一种岩石力学模拟实验装置中微电脑控制处理器的工作原理框图；

图5为一种岩石力学模拟实验装置的周向加压组件结构示意图；

图6为一种岩石力学模拟实验装置的压紧环结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1～6，本发明实施例中，一种岩石力学模拟实验装置，包括上机台1、下机台3、机架2、竖向加压组件、实验压力室6、周向加压组件和控制机台5，其中，所述实验压力室6固定设置在下机台3上端表面中心位置，所述下机台3的上端四个角的位置处固定设置有机架2，所述机架2的上端位置处固定连接有上机台1；其特征在于，

所述上机台1的中心设置有向下延伸且伸入所述实验压力室6的竖向加压组件，所述实验压力室6内还设置有周向加压组件，所述周向加压组件的中心构设有岩石试件腔12，所述岩石试件腔12为圆柱结构，且待实验的岩石试样21为与之匹配的圆柱结构，所述周向加压组件从所述岩石试样21的外圆周周面均匀的向所述岩石试样21施加压力；所述实验压力室6内部还设置有加热温控组件，所述加热温控组件对所述实验压力室6内的温度进行控制与调节；所述竖向加压组件、周向加压组件均由所述控制机台5进行集中控制。

在本实施例中，所述周向加压组件包括导向座22、径向液压杆18、液压管19和压紧环20，其中，所述导向座22固定设置在所述实验压力室6内部，所述导向座22为环形结构，所述导向座22的圆周上阵列布置设置有多个导向孔，每个所述导向孔对应设置有一个所述径向液压杆18，所述径向液压杆18采用气缸架固定在所述导向座22的外圆周上，所述径向液压杆18的活动端穿过所述导向孔，且可沿着所述导向孔滑动，每个所述径向液压杆18的活动端均连接至所述压紧环20的外周壁，所述压紧环20的内周壁紧贴所述岩石试样的外周壁设置。其中，径向液压杆18的设置一般大于10个，且一般，个数越多，其对应的中心角度越小，周向加压越准确，每个径向液压杆的液压管采用液压泵站进行统一控制，可以保证各个径向液压杆的一致性。

作为较佳的实施例，所述压紧环20采用多个弧段链板23连接而成，且所述链板的弧段个数与所述径向液压杆18的个数相同，相邻的所述弧段链板23之间采用柔性铰接段24连接在一起，且所述弧段链板23的弧段对应的中心角度至少为所述柔性铰接段24的弧段所对应的中心角的10倍。

作为更佳的实施例，所述竖向加压组件包括电动伸缩液压缸8、轴向杆10和轴向定位套9，其中，所述上机台1的中心位置处固定设置有电动伸缩液压缸8，所述电动伸缩液压缸8的伸缩端固定连接有轴向杆10，所述轴向杆10与实验压力室6之间固定设置有轴向定位套9。

其中，所述加热温控组件包括电加热片13，其中，所述电加热片13位于所述实验压力室6内部，用于对岩石试样进行温度控制，所述轴向杆10的内部底端位置处固定设置有温度传感器11，所述温度传感器11的一侧固定设置有压力传感器15。

在本实施例中，所述下机台3的底端位置处固定设置有支撑构件4，所述支撑构件4包括第二支撑柱404和第一支撑柱401，所述第一支撑柱401设置在第二支撑柱404的上端，所述实验压力室6的内侧位置处固定设置有岩石试件腔12，所述岩石试件腔12的内侧位置处间隔均匀固定设置有电加热片13，所述下机台3的一侧位置处固定设置有控制机台5，所述控制机台5的内部位置处固定设置有微电脑控制处理器17，所述上机台1的上端位置处固定设置有报警器7。

如图4：温度传感器11的输出端与微电脑控制处理器17的输入端电性连接，微电脑控制处理器17的输出端与电加热片13和报警器7的输入端均电性连接。压力传感器15的输出端与微电脑控制处理器17的输入端电性连接，微电脑控制处理器17的输出端与电动伸缩液压缸8的开关输入端电性连接。

所述温度传感器11的输出端与微电脑控制处理器17的输入端电性连接，所述微电脑控制处理器17的输出端与电加热片13和报警器7的输入端均电性连接。所述压力传感器15的输出端与微电脑控制处理器17的输入端电性连接，所述微电脑控制处理器17的输出端与电动伸缩液压缸8的开关输入端电性连接。所述实验压力室6的内侧位置处固定设置有隔热板16，所述隔热板16是一种真空隔热板构件，所述电加热片13的表面位置处固定设置有导热片14，所述导热片14是一种以铝为材质制成的散热片构件。

此外，在本发明中，所述第一支撑柱401与第二支撑柱404的数量均为四个，所述第一支撑柱401的上端与下机台3的底端表面固定连接，所述第二支撑柱404的内部位置处开设有活动腔，所述第二支撑柱404活动套接与第一支撑柱401的外侧表面，所述第一支撑柱401的底端与第二支撑柱404之间固定连接有弹簧402，所述第二支撑柱404的底端位置处固定设置有耐磨防滑垫403。

本发明的工作原理是：在使用该实验装置时，首先将岩石试件叠放，置于试样实验腔内，将轴向杆10头部插入腔体内、岩石试件和轴向杆10紧密接触，将装好的岩石试件由上自下装入实验压力室6，并周部紧贴压紧环20内壁，压力传感器15(型号为pt124g-112压力传感器)的输出端与微电脑控制处理器17(型号为edc220微电脑控制处理器)的输入端电性连接，压力传感器15能够将信息传达至微电脑控制处理器17，微电脑控制处理器17的输出端与电动伸缩液压缸8(hsgk-180e电动伸缩液压缸)的开关输入端电性连接，对电动伸缩液压缸8的工作进行控制，并对周向加压组件的径向液压杆18进行加压控制，根据温度控制要求，岩石试件腔12的内侧位置处间隔均匀固定设置有电加热片13(型号为y10-0784电加热片)，通过电加热片13进行加热升温，电加热片13的表面位置处固定设置有导热片14，能够均匀加热，温度传感器11(pt-100温度传感器)的输出端与微电脑控制处理器17的输入端电性连接，当温度超出预设值时，温度传感器11将信息传至微电脑控制处理器17，微电脑控制处理器17的输出端与报警器7(型号为lte-1101j报警器)的输入端电性连接，报警器7能够发出警报进行提醒，实验压力室6的内侧位置处固定设置有隔热板16，能够增强实验压力室6的保温性能。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。