一種用于研究巖石微觀破壞行為的多軸加載試驗裝置制造方法及圖紙

一種用于研究巖石微觀破壞行為的多軸加載試驗裝置，包括四個作動器、壓力室、第一蠕動泵、超景深三維顯微鏡及剛性支撐平臺；兩個作動器水平對稱設(shè)置，另兩個豎直對稱設(shè)置；四個作動器結(jié)構(gòu)相同，包括作動器殼體、伺服電機、滾珠絲杠、絲母及壓桿，絲母上設(shè)有凸塊，作動器殼體內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向槽，絲母通過凸塊與導(dǎo)向槽滑動連接，壓桿一端固接絲母，另一端位于壓力室內(nèi)腔中，壓桿端部連接剛性壓頭；壓力室位于剛性支撐平臺上，超景深三維顯微鏡通過顯微鏡支架及導(dǎo)軌與剛性支撐平臺滑動連接；第一蠕動泵出水口與壓力室內(nèi)腔相連通，用于圍壓加載；伺服電機內(nèi)置編碼器；壓桿與剛性壓頭之間加裝壓力傳感器；壓力室外部設(shè)有第二蠕動泵，用于巖石試樣孔壓加載。

A multiaxial loading test device for studying rock micro failure behavior

Multiaxial loading test device for studying rock microscopic damage behavior, including four actuators, the first pressure chamber, peristaltic pump, optical microscope and rigid support platform; the two actuator level are symmetrically arranged, the other two are symmetrically arranged vertically; four actuator structure is the same, including the actuator housing, servo motor, ball screw, screw nut and screw rod, is provided with a convex block, actuator casing is provided with a guide groove, the screw nut is connected with the sliding guide groove through the convex block, one end of the pressure lever is fixedly connected with the nut, the other end is positioned in the pressure chamber cavity, pressure rod end connection rigid indenter; pressure chamber located in the rigid support platform, optical microscope through a microscope bracket and the guide rail and the rigid support platform is communicated with the first sliding connection; the peristaltic pump outlet and the pressure chamber cavity for confining pressure; The utility model is characterized in that a pressure sensor is arranged between the pressing rod and the rigid pressure head, and a second peristaltic pump is arranged outside the pressure chamber to be used for the pore pressure loading of the rock sample.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于巖石室內(nèi)加載試驗
，特別是涉及一種用于研究巖石微觀破壞行為的多軸加載試驗裝置。
技術(shù)介紹
巖石作為一種含有天然孔隙的地質(zhì)材料，其形成過程需要經(jīng)歷復(fù)雜的地質(zhì)作用，而復(fù)雜條件下的巖石力學(xué)性質(zhì)也是地下巖體工程的研究重點，巖石力學(xué)性質(zhì)又與巖石內(nèi)部微裂紋的損傷演化過程密切相關(guān)，巖石經(jīng)壓縮作用后發(fā)生的破裂現(xiàn)象，就是其內(nèi)部眾多微裂紋閉合、萌生、擴展及相互作用的結(jié)果。鑒于此，如果能夠準(zhǔn)確捕捉到微裂紋的發(fā)育過程，將對研究巖石微觀尺度下的破壞行為具有積極作用。目前，用于研究巖石微觀破壞行為的手段已有許多，主要包括聲發(fā)射法、體變測量法、聲波波速法、電鏡掃描法、CT掃描法及熒光法等；通過聲發(fā)射法、聲波波速法及CT掃描法雖然可以捕捉到微裂紋的發(fā)育位置，但無法捕捉為了的形態(tài)和數(shù)量，也無法獲取巖石在加載過程中的變形特征；通過體變測量法雖然可以獲取巖石在加載過程中的變形特征，但卻不具備捕捉微裂紋發(fā)育過程的能力；通過電鏡掃描法和熒光法雖然可以捕捉到微裂紋的形態(tài)和數(shù)量，缺點是均需要進行切片處理，且在加載過程中也不具備捕捉微裂紋發(fā)育過程的能力。因此，為了更好的研究巖石微觀尺度下的破壞行為，亟需在一次試驗內(nèi)就可完成微裂紋形態(tài)、數(shù)量及發(fā)育位置的捕捉，并同時獲取巖石在加載過程中的變形特征。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本專利技術(shù)提供一種用于研究巖石微觀破壞行為的多軸加載試驗裝置，能夠在一次試驗內(nèi)完成微裂紋形態(tài)、數(shù)量及發(fā)育位置的捕捉，并具備同時獲取巖石在加載過程中變形特征的能力。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種用于研究巖石微觀破壞行為的多軸加載試驗裝置，包括第一大主應(yīng)力作動器、第二大主應(yīng)力作動器、第一中主應(yīng)力作動器、第二中主應(yīng)力作動器、壓力室、第一蠕動泵、超景深三維顯微鏡及剛性支撐平臺；所述第一大主應(yīng)力作動器及第二大主應(yīng)力作動器水平對稱設(shè)置在壓力室的左右兩側(cè)，所述第一中主應(yīng)力作動器及第二中主應(yīng)力作動器豎直對稱設(shè)置在壓力室的上下兩側(cè)；所述第一大主應(yīng)力作動器、第二大主應(yīng)力作動器、第一中主應(yīng)力作動器及第二中主應(yīng)力作動器結(jié)構(gòu)相同，均包括作動器殼體、伺服電機、滾珠絲杠、絲母及壓桿，所述作動器殼體一端固連在壓力室外壁上，伺服電機固裝在作動器殼體另一端，所述滾珠絲杠位于作動器殼體內(nèi)，滾珠絲杠一端與伺服電機的電機軸相固連；所述絲母套裝在滾珠絲杠上，在絲母上設(shè)有凸塊，在所述作動器殼體內(nèi)表面設(shè)有導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽平行于滾珠絲杠，凸塊位于導(dǎo)向槽內(nèi)，絲母通過凸塊與導(dǎo)向槽滑動連接；所述壓桿一端固接在絲母上，壓桿另一端密封穿過壓力室外殼位于壓力室內(nèi)腔中，壓桿端部連接剛性壓頭；所述壓力室固定設(shè)置在剛性支撐平臺上，在壓力室密封門前方的剛性支撐平臺上設(shè)置超景深三維顯微鏡，超景深三維顯微鏡固定在顯微鏡支架上，顯微鏡支架與剛性支撐平臺之間通過導(dǎo)軌滑動連接；所述第一蠕動泵的進水口與水源相連，第一蠕動泵的出水口通過管路與壓力室內(nèi)腔相連通，通過第一蠕動泵進行壓力室內(nèi)腔的圍壓加載。所述伺服電機內(nèi)置有編碼器。在所述絲母與作動器殼體之間加裝有LVDT位移傳感器。在所述壓桿與剛性壓頭之間加裝有壓力傳感器。在所述剛性壓頭內(nèi)設(shè)有一個通孔，通孔的一個孔口位于剛性壓頭的夾持面上，通孔的另一個孔口位于剛性壓頭的非夾持面上，且位于剛性壓頭非夾持面上的通孔孔口通過管道與壓力室外部相通；在所述壓力室外部設(shè)置有第二蠕動泵，第二蠕動泵的進水口與水源相連，第二蠕動泵的出水口通過管路與通孔相連通，通過第二蠕動泵進行巖石試樣的孔壓加載，模擬巖石試樣的水飽和狀態(tài)。在所述第二蠕動泵的出水口與通孔之間的連通管路上加裝有孔壓檢測傳感器。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠在一次試驗內(nèi)完成微裂紋形態(tài)、數(shù)量及發(fā)育位置的捕捉，并具備同時獲取巖石在加載過程中變形特征的能力。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的一種用于研究巖石微觀破壞行為的多軸加載試驗裝置正視圖；圖2為本專利技術(shù)的一種用于研究巖石微觀破壞行為的多軸加載試驗裝置側(cè)視圖；圖3為本專利技術(shù)的作動器結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1—第一大主應(yīng)力作動器，2—第二大主應(yīng)力作動器，3—第一中主應(yīng)力作動器，4—第二中主應(yīng)力作動器，5—壓力室，6—第一蠕動泵，7—超景深三維顯微鏡，8—剛性支撐平臺，9—作動器殼體，10—伺服電機，11—滾珠絲杠，12—絲母，13—壓桿，14—凸塊，15—導(dǎo)向槽，16—剛性壓頭，17—顯微鏡支架，18—導(dǎo)軌，19—LVDT位移傳感器，20—壓力傳感器，21—通孔，22—第二蠕動泵，23—巖石試樣，24—孔壓檢測傳感器。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本專利技術(shù)做進一步的詳細(xì)說明。如圖1～3所示，一種用于研究巖石微觀破壞行為的多軸加載試驗裝置，包括第一大主應(yīng)力作動器1、第二大主應(yīng)力作動器2、第一中主應(yīng)力作動器3、第二中主應(yīng)力作動器4、壓力室5、第一蠕動泵6、超景深三維顯微鏡7及剛性支撐平臺8；所述第一大主應(yīng)力作動器1及第二大主應(yīng)力作動器2水平對稱設(shè)置在壓力室5的左右兩側(cè)，所述第一中主應(yīng)力作動器3及第二中主應(yīng)力作動器4豎直對稱設(shè)置在壓力室5的上下兩側(cè)；所述第一大主應(yīng)力作動器1、第二大主應(yīng)力作動器2、第一中主應(yīng)力作動器3及第二中主應(yīng)力作動器4結(jié)構(gòu)相同，均包括作動器殼體9、伺服電機10、滾珠絲杠11、絲母12及壓桿13，所述作動器殼體9一端固連在壓力室5外壁上，伺服電機10固裝在作動器殼體9另一端，所述滾珠絲杠11位于作動器殼體9內(nèi)，滾珠絲杠11一端與伺服電機10的電機軸相固連；所述絲母12套裝在滾珠絲杠11上，在絲母12上設(shè)有凸塊14，在所述作動器殼體9內(nèi)表面設(shè)有導(dǎo)向槽15，導(dǎo)向槽15平行于滾珠絲杠11，凸塊14位于導(dǎo)向槽15內(nèi)，絲母12通過凸塊14與導(dǎo)向槽15滑動連接；所述壓桿13一端固接在絲母12上，壓桿13另一端密封穿過壓力室5外殼位于壓力室5內(nèi)腔中，壓桿13端部連接剛性壓頭16；所述壓力室5固定設(shè)置在剛性支撐平臺8上，在壓力室5密封門前方的剛性支撐平臺8上設(shè)置超景深三維顯微鏡7，超景深三維顯微鏡7固定在顯微鏡支架17上，顯微鏡支架17與剛性支撐平臺8之間通過導(dǎo)軌18滑動連接；所述第一蠕動泵6的進水口與水源相連，第一蠕動泵6的出水口通過管路與壓力室5內(nèi)腔相連通，通過第一蠕動泵6進行壓力室5內(nèi)腔的圍壓加載。所述伺服電機10內(nèi)置有編碼器。在所述絲母12與作動器殼體9之間加裝有LVDT位移傳感器19。在所述壓桿13與剛性壓頭16之間加裝有壓力傳感器20。在所述剛性壓頭16內(nèi)設(shè)有一個通孔21，通孔21的一個孔口位于剛性壓頭16的夾持面上，通孔21的另一個孔口位于剛性壓頭16的非夾持面上，且位于剛性壓頭16非夾持面上的通孔21孔口通過管道與壓力室5外部相通；在所述壓力室5外部設(shè)置有第二蠕動泵22，第二蠕動泵22的進水口與水源相連，第二蠕動泵22的出水口通過管路與通孔21相連通，通過第二蠕動泵22進行巖石試樣23的孔壓加載，模擬巖石試樣23的水飽和狀態(tài)。在所述第二蠕動泵22的出水口與通孔21之間的連通管路上加裝有孔壓檢測傳感器24。下面結(jié)合附圖說明本專利技術(shù)的一次應(yīng)用過程：實施例一：開展單軸或雙軸加載試驗。試驗前，首先制備巖石試樣23，巖石試樣23的最終尺寸為40mm×20mm×6mm；然后在巖石試樣23的一個40mm×20mm表面粘貼應(yīng)變片；將粘貼好應(yīng)變本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種用于研究巖石微觀破壞行為的多軸加載試驗裝置，其特征在于：包括第一大主應(yīng)力作動器、第二大主應(yīng)力作動器、第一中主應(yīng)力作動器、第二中主應(yīng)力作動器、壓力室、第一蠕動泵、超景深三維顯微鏡及剛性支撐平臺；所述第一大主應(yīng)力作動器及第二大主應(yīng)力作動器水平對稱設(shè)置在壓力室的左右兩側(cè)，所述第一中主應(yīng)力作動器及第二中主應(yīng)力作動器豎直對稱設(shè)置在壓力室的上下兩側(cè)；所述第一大主應(yīng)力作動器、第二大主應(yīng)力作動器、第一中主應(yīng)力作動器及第二中主應(yīng)力作動器結(jié)構(gòu)相同，均包括作動器殼體、伺服電機、滾珠絲杠、絲母及壓桿，所述作動器殼體一端固連在壓力室外壁上，伺服電機固裝在作動器殼體另一端，所述滾珠絲杠位于作動器殼體內(nèi)，滾珠絲杠一端與伺服電機的電機軸相固連；所述絲母套裝在滾珠絲杠上，在絲母上設(shè)有凸塊，在所述作動器殼體內(nèi)表面設(shè)有導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽平行于滾珠絲杠，凸塊位于導(dǎo)向槽內(nèi)，絲母通過凸塊與導(dǎo)向槽滑動連接；所述壓桿一端固接在絲母上，壓桿另一端密封穿過壓力室外殼位于壓力室內(nèi)腔中，壓桿端部連接剛性壓頭；所述壓力室固定設(shè)置在剛性支撐平臺上，在壓力室密封門前方的剛性支撐平臺上設(shè)置超景深三維顯微鏡，超景深三維顯微鏡固定在顯微鏡支架上，顯微鏡支架與剛性支撐平臺之間通過導(dǎo)軌滑動連接；所述第一蠕動泵的進水口與水源相連，第一蠕動泵的出水口通過管路與壓力室內(nèi)腔相連通，通過第一蠕動泵進行壓力室內(nèi)腔的圍壓加載。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于研究巖石微觀破壞行為的多軸加載試驗裝置，其特征在于：包括第一大主應(yīng)力作動器、第二大主應(yīng)力作動器、第一中主應(yīng)力作動器、第二中主應(yīng)力作動器、壓力室、第一蠕動泵、超景深三維顯微鏡及剛性支撐平臺；所述第一大主應(yīng)力作動器及第二大主應(yīng)力作動器水平對稱設(shè)置在壓力室的左右兩側(cè)，所述第一中主應(yīng)力作動器及第二中主應(yīng)力作動器豎直對稱設(shè)置在壓力室的上下兩側(cè)；所述第一大主應(yīng)力作動器、第二大主應(yīng)力作動器、第一中主應(yīng)力作動器及第二中主應(yīng)力作動器結(jié)構(gòu)相同，均包括作動器殼體、伺服電機、滾珠絲杠、絲母及壓桿，所述作動器殼體一端固連在壓力室外壁上，伺服電機固裝在作動器殼體另一端，所述滾珠絲杠位于作動器殼體內(nèi)，滾珠絲杠一端與伺服電機的電機軸相固連；所述絲母套裝在滾珠絲杠上，在絲母上設(shè)有凸塊，在所述作動器殼體內(nèi)表面設(shè)有導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽平行于滾珠絲杠，凸塊位于導(dǎo)向槽內(nèi)，絲母通過凸塊與導(dǎo)向槽滑動連接；所述壓桿一端固接在絲母上，壓桿另一端密封穿過壓力室外殼位于壓力室內(nèi)腔中，壓桿端部連接剛性壓頭；所述壓力室固定設(shè)置在剛性支撐平臺上，在壓力室密封門前方的剛性支撐平臺上設(shè)置超景深三維顯微鏡，超景深三維顯微鏡固定在顯微鏡支架上，顯微鏡支架與剛性支撐平臺之間通過導(dǎo)軌滑動連接；所述第一蠕...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張希巍，彭帥，石磊，張濤，馮夏庭，
申請(專利權(quán))人：東北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21