一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置及方法制造方法及圖紙

一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置及方法，裝置包括剛性框架、水平及豎直加載液壓缸、剛性承壓底板及立板、剛?cè)釓?fù)合承壓頂板；四個水平加載液壓缸在框架四周均布，四個立板首尾相接設(shè)于底板上，立板底部設(shè)有減摩滾珠，相鄰立板之間、水平加載液壓缸活塞桿與立板之間設(shè)有減摩滾針，立板中間填裝散體矸石，頂板位于矸石上層，豎直加載液壓缸位于框架頂部。方法為：裝填散體矸石，將頂板放到矸石上層，頂板充油膨脹并與立板接觸；除去立板間定位銷釘，各傳感器調(diào)零；施加水平載荷力，矸石水平壓縮，直到水平載荷力達(dá)到設(shè)定值，測量水平壓縮量；施加豎直載荷力，散體豎直壓縮，直到豎直載荷力達(dá)到設(shè)定值，測量豎直壓縮量，檢測水平壓力變化情況。

A true triaxial compression test device and method for bulk gangue

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置及方法
本專利技術(shù)屬于散體材料壓縮試驗
，特別是涉及一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置及方法。
技術(shù)介紹
在深井填充開采中所使用的破碎矸石屬于無粘性的散體材料，當(dāng)散體矸石充入采空區(qū)后，其在四周擋矸墻或煤柱的約束下，會成為承受覆巖載荷控制巖層移動的主體，且散體矸石對擋矸墻或煤柱產(chǎn)生的側(cè)壓力隨所承受的覆巖載荷逐漸增加，同時井下深部還需要考慮高水平應(yīng)力的壓縮環(huán)境，因此，散體矸石的三向壓縮變形特性對深井矸石填充采煤研究具有重要的影響。但是，現(xiàn)有的真三軸設(shè)備所適用的對象主要是巖石和土體等具有一定體積的材料，并不適合對散體矸石壓縮進(jìn)行研究。目前，廣泛采用單軸側(cè)限壓縮的方法研究散體矸石的壓縮特性，設(shè)備為萬能試驗機(jī)配合圓形鋼筒，其加載過程中無法對側(cè)向進(jìn)行預(yù)定應(yīng)力的施加，屬于假三軸加載試驗。因此，為了對深部高圍壓條件下的散體矸石壓縮特性進(jìn)行研究，開發(fā)一種適合散體矸石的真三軸壓縮試驗設(shè)備勢在必行。
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)提供一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置及方法，能夠滿足深部高圍壓條件下散體矸石壓縮特性的研究需要，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、成本低廉的特點。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，包括剛性框架、水平加載液壓缸、豎直加載液壓缸、剛性承壓底板、剛性承壓立板及剛?cè)釓?fù)合承壓頂板；所述水平加載液壓缸數(shù)量為四個，四個水平加載液壓缸均布固裝在剛性框架四周；所述剛性承壓底板水平固裝在剛性框架底部；所述剛性承壓立板數(shù)量為四個，四個剛性承壓立板呈首尾相接狀態(tài)設(shè)置在剛性承壓底板上表面，在每一塊剛性承壓立板底部均設(shè)置有減摩滾珠，在相鄰剛性承壓立板之間均設(shè)置有立板減摩滾針，首尾相接的四個剛性承壓立板中間用于填裝散體矸石；每一個所述水平加載液壓缸對應(yīng)一塊剛性承壓立板，在水平加載液壓缸的活塞桿端部與剛性承壓立板之間設(shè)置有活塞桿減摩滾針；所述剛?cè)釓?fù)合承壓頂板水平設(shè)置在散體矸石上層，所述豎直加載液壓缸固裝在剛?cè)釓?fù)合承壓頂板正上方的剛性框架頂部。在相鄰所述剛性承壓立板之間均安裝有可拆卸的定位銷釘。在每一塊所述剛性承壓立板的內(nèi)表面中部、在所述豎直加載液壓缸的活塞桿端部均嵌裝有一個輪輻式壓力傳感器。在所述剛性框架四周均布有四個激光位移傳感器，每一個激光位移傳感器與一塊剛性承壓立板正對設(shè)置。在所述豎直加載液壓缸的缸筒與活塞桿之間安裝有LVDT位移傳感器。所述剛?cè)釓?fù)合承壓頂板包括十字形橡膠油囊和剛性板，剛性板數(shù)量為四塊，由四塊剛性板與十字形橡膠油囊共同構(gòu)成一塊完整的且呈矩形的剛?cè)釓?fù)合承壓頂板，剛性板與十字形橡膠油囊之間通過粘接方式相連。所述十字形橡膠油囊的四條支臂上均設(shè)置有進(jìn)出油口。在所述剛性框架外部設(shè)有油囊供油油箱，油囊供油油箱連接有一臺油囊供油油泵，油囊供油油泵的出油口連接有第一單向閥，第一單向閥的進(jìn)油側(cè)與油囊供油油泵的出油口相連通，第一單向閥的出油側(cè)通過兩路油管分別與十字形橡膠油囊兩條支臂上的進(jìn)出油口相連通，十字形橡膠油囊另兩條支臂上的進(jìn)出油口通過兩路油管匯接在第二單向閥的進(jìn)油側(cè)，第二單向閥的出油側(cè)與油囊供油油箱相連通。一種散體矸石真三軸壓縮試驗方法，采用了所述的散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，包括如下步驟：步驟一：將準(zhǔn)備的散體矸石裝填到首尾相接的四個剛性承壓立板中間，并以逐層方式進(jìn)行散體矸石的裝填，且每裝填完一層散體矸石后都進(jìn)行一次預(yù)壓；步驟二：當(dāng)散體矸石完成裝填后，將剛?cè)釓?fù)合承壓頂板放置到散體矸石的上層，同時在剛?cè)釓?fù)合承壓頂板上下表面分別放置一張減摩金屬片，然后啟動油囊供油油泵，以向十字形橡膠油囊中充入液壓油，十字形橡膠油囊在充油過程中逐漸膨脹，直到剛性板與剛性承壓立板緊密接觸在一起；步驟三：抽去所有定位銷釘，同時將所有的輪輻式壓力傳感器、LVDT位移傳感器和激光位移傳感器進(jìn)行調(diào)零；步驟四：啟動全部四個水平加載液壓缸，通過水平加載液壓缸對剛性承壓立板施加水平方向載荷力，散體矸石在水平方向載荷力的作用下產(chǎn)生壓縮，同時十字形橡膠油囊內(nèi)的液壓油在受壓條件下會回流到油囊供油油箱中，剛?cè)釓?fù)合承壓頂板的尺寸會隨著壓縮過程進(jìn)行自動改變；步驟五：當(dāng)輪輻式壓力傳感器檢測到散體矸石所受到的水平方向載荷力達(dá)到設(shè)定值后，停止水平方向載荷力的繼續(xù)加載，將散體矸石所受到的水平方向載荷力保持在設(shè)定值水平，同時通過激光位移傳感器對散體矸石在水平方向上的壓縮量進(jìn)行測量；步驟六：啟動豎直加載液壓缸，通過豎直加載液壓缸對剛?cè)釓?fù)合承壓頂板施加豎直方向載荷力，散體矸石在豎直方向載荷力的作用下產(chǎn)生進(jìn)一步壓縮，直到豎直方向載荷力達(dá)到設(shè)定值后，通過LVDT位移傳感器對散體矸石在豎直方向上的壓縮量進(jìn)行測量，同時通過剛性承壓立板上的輪輻式壓力傳感器檢測水平方向上的壓力變化情況。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)的散體矸石真三軸壓縮試驗裝置及方法，能夠滿足深部高圍壓條件下散體矸石壓縮特性的研究需要，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、成本低廉的特點。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置的俯視圖；圖2為本專利技術(shù)的一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置的正視圖；圖3為本專利技術(shù)的十字形橡膠油囊的供油油路原理圖；圖中，1—剛性框架，2—水平加載液壓缸，3—豎直加載液壓缸，4—剛性承壓底板，5—剛性承壓立板，6—剛?cè)釓?fù)合承壓頂板，7—減摩滾珠，8—立板減摩滾針，9—散體矸石，10—活塞桿減摩滾針，11—定位銷釘，12—輪輻式壓力傳感器，13—激光位移傳感器，14—十字形橡膠油囊，15—剛性板，16—進(jìn)出油口，17—油囊供油油箱，18—油囊供油油泵，19—第一單向閥，20—第二單向閥，21—LVDT位移傳感器。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(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1～3所示，一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，包括剛性框架1、水平加載液壓缸2、豎直加載液壓缸3、剛性承壓底板4、剛性承壓立板5及剛?cè)釓?fù)合承壓頂板6；所述水平加載液壓缸2數(shù)量為四個，四個水平加載液壓缸2均布固裝在剛性框架1四周；所述剛性承壓底板4水平固裝在剛性框架1底部；所述剛性承壓立板5數(shù)量為四個，四個剛性承壓立板5呈首尾相接狀態(tài)設(shè)置在剛性承壓底板4上表面，在每一塊剛性承壓立板5底部均設(shè)置有減摩滾珠7，在相鄰剛性承壓立板5之間均設(shè)置有立板減摩滾針8，首尾相接的四個剛性承壓立板5中間用于填裝散體矸石9；每一個所述水平加載液壓缸2對應(yīng)一塊剛性承壓立板5，在水平加載液壓缸2的活塞桿端部與剛性承壓立板5之間設(shè)置有活塞桿減摩滾針10；所述剛?cè)釓?fù)合承壓頂板6水平設(shè)置在散體矸石9上層，所述豎直加載液壓缸3固裝在剛?cè)釓?fù)合承壓頂板6正上方的剛性框架1頂部。在相鄰所述剛性承壓立板5之間均安裝有可拆卸的定位銷釘11。在每一塊所述剛性承壓立板5的內(nèi)表面中部、在所述豎直加載液壓缸3的活塞桿端部均嵌裝有一個輪輻式壓力傳感器12。在所述剛性框架1四周均布有四個激光位移傳感器13，每一個激光位移傳感器13與一塊剛性承壓立板5正對設(shè)置。在所述豎直加載液壓缸3的缸筒與活塞桿之間安裝有LVDT位移傳感器21。所述剛?cè)釓?fù)合承壓頂板6包括十字形橡膠油囊14和剛性板15，剛性板15數(shù)量為四塊，由四塊剛性板15與十字形橡膠油囊14共同構(gòu)成一塊完整的且呈矩形的剛?cè)釓?fù)合承壓頂板6，剛性板15與十字形橡膠油囊本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，其特征在于：包括剛性框架、水平加載液壓缸、豎直加載液壓缸、剛性承壓底板、剛性承壓立板及剛?cè)釓?fù)合承壓頂板；所述水平加載液壓缸數(shù)量為四個，四個水平加載液壓缸均布固裝在剛性框架四周；所述剛性承壓底板水平固裝在剛性框架底部；所述剛性承壓立板數(shù)量為四個，四個剛性承壓立板呈首尾相接狀態(tài)設(shè)置在剛性承壓底板上表面，在每一塊剛性承壓立板底部均設(shè)置有減摩滾珠，在相鄰剛性承壓立板之間均設(shè)置有立板減摩滾針，首尾相接的四個剛性承壓立板中間用于填裝散體矸石；每一個所述水平加載液壓缸對應(yīng)一塊剛性承壓立板，在水平加載液壓缸的活塞桿端部與剛性承壓立板之間設(shè)置有活塞桿減摩滾針；所述剛?cè)釓?fù)合承壓頂板水平設(shè)置在散體矸石上層，所述豎直加載液壓缸固裝在剛?cè)釓?fù)合承壓頂板正上方的剛性框架頂部。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，其特征在于：包括剛性框架、水平加載液壓缸、豎直加載液壓缸、剛性承壓底板、剛性承壓立板及剛?cè)釓?fù)合承壓頂板；所述水平加載液壓缸數(shù)量為四個，四個水平加載液壓缸均布固裝在剛性框架四周；所述剛性承壓底板水平固裝在剛性框架底部；所述剛性承壓立板數(shù)量為四個，四個剛性承壓立板呈首尾相接狀態(tài)設(shè)置在剛性承壓底板上表面，在每一塊剛性承壓立板底部均設(shè)置有減摩滾珠，在相鄰剛性承壓立板之間均設(shè)置有立板減摩滾針，首尾相接的四個剛性承壓立板中間用于填裝散體矸石；每一個所述水平加載液壓缸對應(yīng)一塊剛性承壓立板，在水平加載液壓缸的活塞桿端部與剛性承壓立板之間設(shè)置有活塞桿減摩滾針；所述剛?cè)釓?fù)合承壓頂板水平設(shè)置在散體矸石上層，所述豎直加載液壓缸固裝在剛?cè)釓?fù)合承壓頂板正上方的剛性框架頂部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，其特征在于：在相鄰所述剛性承壓立板之間均安裝有可拆卸的定位銷釘。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，其特征在于：在每一塊所述剛性承壓立板的內(nèi)表面中部、在所述豎直加載液壓缸的活塞桿端部均嵌裝有一個輪輻式壓力傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，其特征在于：在所述剛性框架四周均布有四個激光位移傳感器，每一個激光位移傳感器與一塊剛性承壓立板正對設(shè)置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，其特征在于：在所述豎直加載液壓缸的缸筒與活塞桿之間安裝有LVDT位移傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，其特征在于：所述剛?cè)釓?fù)合承壓頂板包括十字形橡膠油囊和剛性板，剛性板數(shù)量為四塊，由四塊剛性板與十字形橡膠油囊共同構(gòu)成一塊完整的且呈矩形的剛?cè)釓?fù)合承壓頂板，剛性板與十字形橡膠油囊之間通過粘接方式相連。7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，其特征在于：所述十字形橡膠油囊的四條支臂上均設(shè)置有進(jìn)出油口。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種散體矸石真三軸壓縮試驗裝置，其特征在于：...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：武鵬飛，梁冰，金佳旭，楊逾，周克林，劉曉東，孫本通，
申請(專利權(quán))人：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21