[发明专利]一种简易式落锤冲击试验围压加载装置及实验方法

权利要求书

1.一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，其特征在于：

包括x向围压加载装置、y向围压加载装置和z向围压加载装置；

所述x向围压加载装置包括由x向内钢板、x向外钢板、x向固定支架组成的x向试样约束装置，以及由螺母、弹簧、螺杆和滑轨组成的x向围压施加装置；所述x向固定支架与滑轨采用螺栓固定于实验台上，x向内钢板布置于滑轨上并可沿x轴方向滑动，所述弹簧一端焊接在x向外钢板上，其中，所述x向外钢板、x向内钢板、x向固定支架从左至右依次排列，岩石试样安设于x向内钢板和x向固定支架之间，x向固定支架与x向内钢板、x向外钢板上设置相对应的钻孔，所述螺杆穿过所述钻孔，并在螺杆两端拧上螺母，即安装完毕，实验时，通过旋紧螺杆上螺母，来控制弹簧压缩位移，再根据胡克定律，确定x方向围压值；

所述y向围压加载装置包括由y向内钢板、y向外钢板、y向固定支架组成的y方向试样约束装置，以及由螺母、弹簧、螺杆和滑轨组成的y方向围压施加装置，所述y方向围压加载装置安装方法与x方向围压加载装置相同，实验时，同样通过拧动螺杆上螺母，从而压缩弹簧，产生y方向围压；

所述z向围压加载装置包括上部垫板、下层垫板、轴向加载千斤顶和底层基座，所述底层基座置于实验台上，轴向加载千斤顶布置于底层基座上，在轴向加载千斤顶上部布置下层垫板，上接岩石试样，在岩石试样上部布置上层垫板，用于传递冲击力矩与约束试样z方向位移，实验时，通过千斤顶的升降，来施加z向围压。

2.根据权利要求1所述的一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，其特征在于：所述x向固定支架上设置四个钻孔，上部左右钻孔和下部左右钻孔，所述x向外钢板上设置相对应的四个钻孔，所述x向内钢板上仅设置相对应的下部两个钻孔，x向上部螺杆不穿过所述x向内钢板。

3.根据权利要求2所述的一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，其特征在于：所述y向固定支架上设置四个钻孔，上部左右钻孔和下部左右钻孔，所述y向外钢板上设置相对应的四个钻孔，所述y向内钢板上仅设置相对应的下部两个钻孔，并在上部设置左右两个半孔，以为y向上部螺杆提供空间，便于上部螺杆穿过。

4.根据权利要求3所述的一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，其特征在于：为对上层垫板产生z方向约束，所述x向内钢板、x向固定支架、y向内钢板、y向固定支架上均设置有条状凸起，并且条状凸起两端边缘做倒角处理，倒角角度为45°。

5.根据权利要求4所述的一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，其特征在于：所述y向固定支架上设置的条状凸起与上部左右钻孔重合处，条状凸起经切削，做下凹处理；所述y向内钢板上的条状凸起与上部左右半孔重合处，条状凸起经切削，做下凹处理。

6.根据权利要求1所述的一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，其特征在于：为使x方向与y方向围压施加均匀，旋紧螺母时，应采用少量多次的方式旋转至预定位置，避免因内钢板过大弯矩而造成试样破坏。

7.根据权利要求1所述的一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，其特征在于：所述x向内钢板、x向外钢板、x向固定支架、y向内钢板、y向外钢板、y向固定支架上的钻孔位置应距各自边缘30mm以上，以避免实验时产生钢板弯曲，影响实验结果。

8.根据权利要求1所述的一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，其特征在于：为避免所述x向固定支架、y向固定支架产生弯曲，所述x向固定支架、y向固定支架厚度应大于所述x向内钢板、x向外钢板、y向内钢板、y向外钢板。

9.根据权利要求1所述的一种简易式落锤冲击试验围压加载装置，其特征在于：为使得加工简便，所述x向内钢板、x向外钢板、y向内钢板、y向外钢板可采用同厚度钢板制作。

10.根据权利要求1-9任一项所述的简易式落锤冲击试验围压加载装置的实验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

①将所述y向固定支架、x向固定支架、底层基座与滑轨固定于实验台上，y向固定支架、x向固定支架以实验台中心为基点呈垂直布置，底层基座中心与实验台中心重合，x方向与y方向各布置两条导轨，各结构均采用螺栓固定，千斤顶轴线中心与实验台中心重合，安置在底层基座上，x向外钢板与y向外钢板一面焊接弹簧；

②按照实验要求，浇筑或加工实验所需的岩石试件，使岩石试样尺寸满足实验设备的尺寸要求；

③将岩石试样安置在下层垫板上，在岩石试样上方设置上层垫板，启动千斤顶，使上层垫板边缘移动至y向固定支架与x向固定支架条状凸起下缘；

④将x向内钢板与y向内钢板分别安装在x向滑轨与y向滑轨上，并移动至岩石试样边缘；

⑤将螺杆穿过y向固定支架与x向固定支架上的钻孔，再将x向外钢板与y向外钢板分别安置在x向螺杆与y向螺杆另一侧，螺杆两端拧上螺母；

⑥旋动x向螺杆上固定于x向外钢板的螺母，使岩石试样x向围压达到预定值，再旋动y向螺杆上固定于y向外钢板的螺母，使岩石试样y向围压达到预定值，最后启动千斤顶，使z向围压到达预定值，围压施加即为完毕；

⑦实验完成后，反向旋下x向螺杆固定于x向固定钢板上的螺母，然后整体移动x向内钢板与x向外钢板，再反向旋下y向螺杆固定于y向固定钢板上的螺母，然后整体移动y向内钢板与y向外钢板，即将岩石试样卸下，即实验完毕；

⑧进行下一岩石试样实验时，重复步骤②至步骤⑦。