[发明专利]循环拉压波动加载岩石剪切蠕变试验系统

说明书

技术领域  岩石力学试验技术与设备领域

背景技术  当前岩石力学剪切蠕变试验主要是常法向应力条件下的剪切蠕变试验，试验设备多为砝码式恒重扩力加载，而现实的岩石处在人类工程活动应力扰动的环境，传统的砝码式恒重扩力加载无法改变法向应力，不能反映应力扰动条件下岩石的剪切蠕变特性。实现应力扰动条件下的岩石剪切蠕变试验主要的技术难题在于：法向应力动态长期连续加载与精确控制；法向拉压反力施加与动力机构响应。传统的岩石力学剪切蠕变常法向应力条件加载，以及法向应力长期动态加载的两个技术难题，导致目前没有模拟应力扰动条件下岩石的剪切蠕变试验技术及设备。

发明内容  本发明提供一种能够实现法向循环拉压波动加载的岩石剪切蠕变试验系统。其特征是采用法向动态作动器、水平单向作动器、全数字闭环伺服控制器、液压方向控制器、交流伺服电机驱动器、压力腔的有机结合实现法向应力动态长期连续加载与精确控制问题；采用法向拉压反力框架，滚轴承和法向拉压平动传力柱来解决法向拉压反力施加与动力机构响应问题。

循环拉压波动加载岩石剪切蠕变试验系统，由主机加载框架部分，长期连续动态加载与控制部分，法向拉压反力机构部分，物理量测量部分构成，所述主机加载框架部分由刚性立柱1，上横梁2，中横梁3，底座4，水平反力框架5，法向拉压垫14，水平剪切压垫15和剪切约束梁16组成；所述长期连续动态加载与控制部分由法向动态作动器7，法向动态作动器上腔8，法向动态作动器下腔9，水平单向作动器10，岩样下端面17，油管18，压力腔19，水平向交流伺服电机驱动器21，法向交流伺服电机驱动器22，水平向全数字闭环伺服控制器23，法向全数字闭环伺服控制器24，液压方向控制器26，数据导线20和计算机25组成；所述法向拉压反力机构部分由法向拉压反力框架11，滚轴承12和法向拉压平动传力柱13组成；所述物理量测量部分由法向负荷传感器27，法向差动变压位移传感器28，水平向差动变压位移传感器29和水平向负荷传感器30组成。

基本原理与技术：根据应力扰动条件下岩石的剪切蠕变试验对法向应力动态长期连续加载与精确控制的需求，采用交流伺服电机驱动器与压力腔组合，提供法向应力的长期连续加载；采用法向动态作动器与水平单向作动器的组合，实现法向动态加载，水平剪切的功能；采用全数字闭环伺服控制器和交流伺服电机驱动器组成双闭环控制系统，实现试验过程长期的精确控制。根据应力扰动条件下岩石的剪切蠕变试验对法向拉压反力施加与动力机构响应的需求，采用液压方向控制器和法向动态作动器，提供法向拉压应力；采用法向拉压反力框架，滚轴承和法向拉压平动传力柱组成可在法向承受拉压应力、水平向剪切的法向拉压反力机构，实现对岩样法向拉压应力与水平剪切应力的施加。

循环拉压波动加载岩石剪切蠕变试验系统，由主机加载框架部分，长期连续动态加载与控制部分，法向拉压反力机构部分，物理量测量部分构成。

主机加载框架部分由刚性立柱1，上横梁2，中横梁3，底座4，水平反力框架5，法向拉压垫14，水平剪切压垫15和剪切约束梁16组成。刚性立柱1为与上横梁2，中横梁3，底座4组成立柱式法向反力钢结构；水平反力框架5为框架式反力钢结构；法向拉压垫14为硬化处理钢，与岩样6端面大小面积相同；水平剪切压垫15和剪切约束梁16使样品6沿中部发生剪切。