[发明专利]一种轴向加载系统及加载方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，特别是涉及一种轴向加载系统及加载方法。

背景技术

在岩土工程领域中，对于岩石物理力学性质的研究，最常用的方法是从现场采集岩块样品，在实验室加工成标准尺寸的试件，采用压力试验机对其进行单轴、双轴、常规三轴或真三轴加载试验，以获取相关的岩石力学性能参数。

由于压力试验机只能安装在室内，为反映出岩体的各向异性，使被测试体包含更多自然结构面，通常采用大型岩体现场原位加载的方式进行试验，试验中多采用液压千斤顶和液压枕对岩体进行加载。

其中液压千斤顶自重较大、现场安装不方便、传力面小、试件受力不均匀；虽然液压枕加载能力大、重量轻、传力面大及传力均匀，但是行程很小，一般只有4mm，对加载环境、安装条件均要求较高，且无法重复使用。

上述加载方法，均以液压装置实现加载，由于液压装置具有油缸密封要求高、生产制造成本高等特点，如果在对试件进行加载后，对试件实施爆破等具有冲击震动特点的试验，爆破产生的震动和冲击对液压加载装置可能造成损坏。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种无需液压装置、制造成本低廉、质量轻、加载能力大、抗冲击和震动能力强及可重复使用的轴向加载系统及加载方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种轴向加载系统，包括加载装置部分和载荷测量部分，所述的加载装置部分包括管筒、第一活塞、第二活塞、膨胀剂及刚性框架体；所述的载荷测量部分包括压力传感器、静态应变仪及线缆；

所述的管筒具有通孔，在管筒通孔内设置有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞的径向尺寸相同，在第一活塞与第二活塞之间设置有膨胀剂；所述第一活塞和第二活塞均与管筒间隙配合；所述管筒设置在被加载体与压力传感器之间；所述第二活塞与被加载体的一端相接触，被加载体的另一端与刚性框架体相接触；第一活塞与压力传感器的一端相接触，压力传感器的另一端与刚性框架体相接触；所述压力传感器通过线缆与静态应变仪采用全桥连接。

在所述第二活塞与被加载体之间设置有传力板，传力板采用钢质材料。

在所述第一活塞与压力传感器之间设置有若干垫片，垫片采用钢质材料。

在所述被加载体与刚性框架体之间设置有若干垫片，垫片采用钢质材料。

所述的第一活塞和第二活塞在轴向的高度之和与管筒的高度相等。

采用所述的轴向加载系统的加载方法，包括以下步骤：

步骤一：将压力传感器安放于刚性框架体上，同时利用线缆将压力传感器和静态应变仪全桥连接在一起；

步骤二：将第一活塞放入管筒的底部，保证第一活塞能够在管筒内沿轴向上、下自由移动，将管筒安放在压力传感器上，令第一活塞与压力传感器相接触；

步骤三：将膨胀剂装入管筒内，并将膨胀剂捣实平整，在捣实平整后的膨胀剂上表面覆盖塑料薄膜；

步骤四：将第二活塞放入管筒内，令第二活塞与膨胀剂紧密接触；

步骤五：在第二活塞的上表面放置被加载体，令被加载体与刚性框架体之间紧密接触；

步骤六：随着时间的增加，膨胀剂的体积会慢慢膨胀，受到管筒的径向约束，膨胀剂会在轴向上推动第一活塞和第二活塞，此时压力传感器会记录下被加载体所受到的膨胀压的压力数值，同时将记录的膨胀压的压力数值传输给静态应变仪。

本发明的有益效果：

1、本发明与现有技术相比，无需液压装置，管筒可以采用常用的无缝钢管，第一活塞和第二活塞可以采用圆钢简单加工而成，导致制造成本低廉，对于制造加工的精度要求也不高。

2、本发明与现有技术中的液压装置相比，重量轻，携带方便，使用范围更广，室内加载和现场原位加载均可使用。

3、本发明利用膨胀剂提供加载力，加载力大、载荷稳定及加载行程长。

4、本发明与现有技术相比，由于机构简单，抗冲击和震动能力强，能用于加载需要进行爆破等具有冲击震动特点的试验，由于制造成本低廉，即使受到冲击和震动造成破坏，造成的经济损失也非常小。

5、本发明的加载装置部分在加载试验结束后，可先将第一活塞取出，再通过外力推动第二活塞将管筒内反应后的膨胀剂推出，使加载装置部分可重复使用。

附图说明

图1为本发明的一种轴向加载系统结构示意图；

图2为采用本发明的轴向加载系统及加载方法的实施例中得到的加载载荷过程曲线图；