[发明专利]软岩动力湿化变形与强度试验仪及试验方法

说明书

本发明公开了一种软岩动力湿化变形与强度试验仪及试验方法，试验仪包括恒载湿化装置、循环加载装置、曲柄摇杆机构、凸轮机构，恒载湿化装置的恒载装置设于基座的下方，基座上放置有岩石试样；恒载装置的输出端与基座之间设有受力件，受力件分别与基座底部、恒载装置输出端接触；岩石试样置于样品室内，样品室内部注有湿化渗透液；多个循环加载装置对称设于受力件的底部；数据采集装置用于采集荷载与湿化作用下岩石试样的应力、应变、强度和裂缝发育数据。本发明通过弹簧伸缩变形时拥有的恢复力为岩石试样施加长周期和短周期叠加的循环荷载，同时考虑湿化作用与动力作用，从而更准确地模拟风荷载、雨水对风力机软岩地基的作用过程。

技术领域

本发明属于地质工程技术领域，涉及一种软岩动力湿化变形与强度试验仪及试验方法。

背景技术

自21世纪以来，我国风力发电产业得到迅猛发展，目前全国每年新增风电规模在3000万千瓦以上，将继续加快开发陆上风能资源。

陆上风力机常安装在风能资源丰富的山顶和山脊，持力层一般以中风化~强风化软岩为主。降雨将对这些软岩地基进行渗透和软化，改变岩土体的力学性能。大部分陆上风能资源具有风速湍流多变的特点，将引起风力机上部结构振动，并通过塔筒传至基础和地基，引起风力机地基基础的随机动力响应。在风荷载动力作用与雨水湿化作用的共同影响下，安装风力机的软岩地基容易出现软化变形和破坏，从而导致软岩地基承载力下降并使风力机基础发生不均匀沉降，严重影响山区风力机的运营安全。事实上，这类地基引起的风力机运营故障和事故时有报道。

因此，有必要探究山区软岩的动力损伤与湿化变形特性及机理，分析风力机软岩地基承载力与变形演化规律，为实际工程中山区风力机软岩地基的耐久性设计与工程治理提供理论支持；而为了实现上述目的，亟待研发一种软岩动力湿化变形与强度试验设备。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种软岩动力湿化变形与强度试验仪，通过弹簧伸缩变形时拥有的恢复力为岩石试样施加长周期和短周期叠加的循环荷载，同时考虑湿化作用与动力作用，从而更准确地模拟风荷载、雨水对风力机软岩地基的作用过程。

本发明的另一目的是，提供一种软岩动力湿化变形与强度试验仪的试验方法。

本发明所采用的技术方案是，一种软岩动力湿化变形与强度试验仪，包括

恒载湿化装置，所述恒载湿化装置的恒载装置设于基座的下方，基座上放置有岩石试样；恒载装置的输出端与基座之间设有受力件，受力件分别与基座底部、恒载装置输出端接触；岩石试样置于样品室内，样品室内部注有湿化渗透液；

循环加载装置，多个所述循环加载装置对称设于受力件的底部，每个循环加载装置包括

曲柄摇杆机构，用于带动滑块在竖直的滑槽内周期性往复滑动，滑槽位于受力件底部；以及

凸轮机构，所述凸轮机构安装于滑块内，用于带动弹簧在竖直方向上产生周期性往复伸缩变形，弹簧与受力件可拆卸连接，从而使得受力件产生不同往复周期叠加的循环荷载；

其中，恒载装置的恒载大于循环荷载；

数据采集装置，用于采集荷载与湿化作用下岩石试样的应力、应变、强度和裂缝发育数据。

进一步的，所述曲柄摇杆机构包括

从动转轴，所述从动转轴通过皮带传动装置与电机转轴连接，从动转轴与支架通过轴承转动连接，支架与底座固定连接；

传动杆，所述传动杆与从动转轴靠近滑块的一端固定连接，传动杆与从动转轴垂直；传动杆的自由端与连接杆一端固定连接，连接杆与传动杆的旋转平面垂直；

从动杆，所述从动杆的一端与连接杆另一端铰接，从动杆的另一端与滑块铰接，滑块与滑槽之间设有滑轮。

进一步的，所述凸轮机构包括

凸轮，所述凸轮的回转驱动装置安装于所述滑块内部，凸轮的回转驱动装置输出轴与滑块的滑动方向垂直；