[发明专利]一种快速气液复合自动补偿加载的方法及自动补偿加载器

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程模型试验设备技术领域，主要涉及岩土工程结构模型试验装置中使用的一种快速气液复合自动补偿加载的方法及自动补偿加载器。

背景技术

岩土工程模型试验设备对模型施加荷载的传统方式为液压加载，具体形式有各种形式的液压缸和液压囊。但是液压缸加载在模型实验过程中，当同时存在动载和静载的快速破坏性试验时不能满足试验要求，此类型的试验分为两种，第一种为荷载为静载，但是模型内围岩自身发生失稳而迅速破坏，第二种为模型本身在承受边界静荷载的同时受到了来自洞室周围方向的动荷载，如爆炸产生的冲击地压、爆炸波、剧烈地震波等。液压加载方式为模型提供等比尺的边界静荷载，一旦动荷载发生，模型迅速产生裂缝、塌落等高烈度破坏，伴随着破坏模型边界可能发生位移进而导致模型与液压缸活塞前端传力板发生分离，液压缸产生同样的位移需要液体的迅速补充。事实上由于液体的不可压缩性和液压传动的迟滞性，无法及时补充液压油，液压缸内高压液体的补充速度远远跟不上模型破坏的速度，于是在液压油完全补充之前这一段时间内模型的边界条件实际上发生了巨大的变化，即静荷载的丢失，这与工程实际破坏过程中的边界条件不符，最终将导致模型的破坏与工程中结构的实际破坏情况存在较大差异，不能准确模拟工程破坏的真实情况。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种快速气液复合自动补偿加载的方法及自动补偿加载器。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种快速气液复合自动补偿加载器，包括：带分割环的加载器缸筒、单向的工作活塞、自由活塞；所述带分割环的加载器缸筒共分为三个腔室，分别依序为填充气体的上腔室、填充油液的中腔室和填充气体的下腔室；所述填充气体的上腔室和填充气体的下腔室分别设置有连接气体管路的进气口；填充气体的上腔室内进气口一端设置有自由活塞，填充油液的中腔室内一端设置有定位环，定位环的一端设置有连接液体管路的进油口；填充油液的中腔室内另一端设置有工作活塞；工作活塞的活塞杆头穿过填充气体的下腔室与加载器压头固定连接；加载器压头另一端与模型试件相连。

一种快速气液复合自动补偿加载器，所述填充气体的上腔室进气口气体管路上设置有上腔室出气口电磁阀开关、上腔室进气口电磁阀开关、上腔室压力变送器。

一种快速气液复合自动补偿加载器，所述填充气体的下腔室进气口气体管路上设置有下腔室出气口电磁阀开关、下腔室进气口电磁阀开关、下腔室压力变送器。

一种快速气液复合自动补偿加载器，所述填充油液的中腔室进油口液压管路上设置有中腔室进气口电磁阀开关、中腔室压力变送器。

一种快速气液复合自动补偿加载的方法，采用单个气液复合加载装置的气压调节，调节气液复合的压力补充速度，其步骤如下：

1）、首先向下腔内充入气体介质，气体推动工作活塞至分隔环处，之后，放置模型于工作台；

2）、在单个气液复合加载装置的上腔进气口A充入气体介质，使自由活塞3运动至分隔环处，当压力为P：1—20mp停止充气；

3）、在单个气液复合加载装置的中腔进油口B充油，推动工作活塞，使加载器压头与模型试件接触；

此时，打开下腔室的出气孔，让下腔室的气体介质与大气连通，避免快速的破坏不会再使下腔室内产生过大的被动压力；

4）、当中腔进油口B继续充油，使上腔室的气体压缩，随着油压的逐渐增加，活塞行程逐渐加大，同时，推动工作活塞对模型试件施加荷载；

5）、当模型试件发生轻微局部开裂或破坏时，中腔室的油压瞬间迅速下降，上腔室的压缩气体快速膨胀，使油缸迅速产生向前的位移，从而让中腔室内的压力保持稳定，模型试件边界的压力P不变。

一种快速气液复合自动补偿加载的方法，所述单个气液复合加载装置通过数个组合，构成气液复合加载装置群，用于对大型岩土工程模型试件的多个面进行加载。

一种快速气液复合自动补偿加载的方法，所述第3）步骤的：此时，打开下腔室的出气孔，让下腔室的气体介质与大气连通，避免快速的破坏不会再使下腔室内产生过大的被动压力，还能够用在第4）步骤。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

一种快速气液复合自动补偿加载的方法及自动补偿加载器，利用高压气体的膨胀来快速补偿压力损失，以保证模型发生快速破坏时实验装置迅速补压，实现模型边界静荷载基本稳定，通过调整各个腔体内的压力参数和位移参数来最终实现准确地模拟模型发生快速变形破坏时的真实情况。