洞室围岩变形破坏模拟试验装置的制作方法

1.本技术涉及洞室围岩特性试验装置技术领域，尤其涉及一种洞室围岩变形破坏模拟试验装置。


背景技术：

2.围岩是一种地质学名词，指的是洞室周围一定范围内，对洞身的稳定有影响的岩体相对于某种地壳物质周围的岩石。近年来，随着我国西部大开发战略的实施，在地下修建的工程越来越多，所面临的工程地质问题日益突出。由于围岩是洞室四周围绕的岩石，这个洞室可以是人工开凿的也可以是天然形成的，这就造成其物理力学性质差异较大，变形破坏机理不同，常给工程建设尤其是地下工程实践带来诸多问题。施工时需要对洞室围岩进行变形破坏模拟试验，研究洞室围岩的变形破坏机制。因此，需要设计一种能够对洞室围岩进行变形破坏模拟试验的装置。


技术实现要素：

3.为了研究围岩变形破坏机制，本技术提供一种洞室围岩变形破坏模拟试验装置。
4.本技术提供的洞室围岩变形破坏模拟试验装置采用如下的技术方案：
5.一种洞室围岩变形破坏模拟试验装置，包括安装机构、第一加载机构、第二加载机构以及第三加载机构；
6.所述安装机构包括安装台、加载台以及支撑杆，所述加载台设置于所述安装台的一端，所述支撑杆安装于所述安装台四角；
7.所述第一加载机构包括第一加载驱动件、第一加载架、第一传力杆以及第一压头，所述第一加载驱动件固定安装于所述安装台上，第一加载驱动件用于驱动第一加载架沿安装台的x轴方向移动，所述第一加载驱动件的输出端与所述第一加载架连接，所述加载台设置有沿x轴方向延伸的滑槽，所述第一加载架与沿x轴方向延伸的滑槽滑动连接，所述第一传力杆的一端与所述第一加载架连接，所述第一传力杆的另一端与所述第一压头连接；
8.所述第二加载机构包括第二加载驱动件、第二加载架、第二传力杆以及第二压头，所述第二加载驱动件固定安装于所述安装台上，第二加载驱动件用于驱动第二加载架沿安装台的y轴方向移动，所述第二加载驱动件的输出端与所述第二加载架连接，所述加载台上还设置有沿y轴方向延伸的滑槽，所述第二加载架与沿y轴方向延伸的滑槽滑动连接，所述第二传力杆的一端与所述第二加载架连接，所述第二传力杆的另一端与所述第二压头连接；
9.所述第三加载机构包括第三加载驱动件、第三加载架、第三传力杆以及第三压头，所述第三加载驱动件固定安装于所述安装台上，第三加载驱动件用于驱动第三加载架沿安装台的z轴方向移动，所述第三加载驱动件的输出端与所述第三加载架连接，所述第三传力杆的一端与所述第三加载架连接，所述第三传力杆的另一端与所述第三压头连接。
10.通过采用上述技术方案，当需要研究洞室围岩变形破坏时，将围岩安装于安装台
上，第一加载驱动件能够驱动第一加载架沿加载架x轴方向移动，第一传力杆能够为第一压头提供压力，进而为围岩在x轴方向提供力研究围岩在x轴方向应力与应变的关系特征，第二加载驱动件能够驱动第二加载架沿加载架y轴方向移动，第二传力杆能够为第二压头提供压力，进而为围岩在y轴方向提供力研究围岩在y轴方向应力与应变的关系特征，第三加载驱动件能够驱动第三加载架沿加载架z轴方向移动，第三传力杆能够为第三压头提供压力，进而为围岩在z轴方向提供力研究围岩在z轴方向应力与应变的关系特征，该装置能够研究围岩在xyz三个不同方向的受到的应力与应变的关系，研究围岩变形破坏机制。
11.优选的，所述第三加载驱动件包括安装架、电机、第一斜齿轮、第二斜齿轮以及丝杆，安装架安装于安装台的一端，安装架设置有安装腔，电机安装于安装架的一端，电机的输出端贯穿安装架与第一斜齿轮连接，第二斜齿轮与第一斜齿轮啮合连接，丝杆安装于安装腔，丝杆的一端与第二斜齿轮固定连接，丝杆的另一端与安装架转动连接，丝杆与第三加载架传动连接。
12.通过采用上述技术方案，安装架安装于安装台的一端，电机能够通过驱动第一斜齿轮以及第二斜齿轮进而驱动丝杆带动第三加载架移动，能够提高第三加载架的移动与固定，有利于提高洞室围岩变形破坏研究的高效性。
13.优选的，第三加载驱动件还包括连接杆，连接杆的一端与丝杆传动连接，连接杆的另一端与第三加载架固定连接。
14.通过采用上述技术方案，连接杆的一端与丝杆传动连接，连接杆的另一端与第三加载架连接，连接杆能够提高第三加载架移动的稳定性。
15.优选的，安装架设置有限位槽，连接杆与限位槽滑动连接。
16.通过采用上述技术方案，限位槽与连接杆滑动连接，限位槽能够限制连接杆运动的位置，能够提高连接杆运动的稳定性。
17.优选的，第三加载驱动件还包括传动螺母，传动螺母与丝杆传动连接，传动螺母与连接杆固定连接。
18.通过采用上述技术方案，传动螺母与丝杆传动连接，通过传动螺母，连接杆能够在丝杆转动时上下运动。
19.优选的，第三加载驱动件还包括限位板，限位板安装于安装腔，丝杆贯穿限位板并与限位板转动连接。
20.通过采用上述技术方案，限位板安装于连接杆与第二斜齿轮之间，限位板用于限制连接杆的运动，防止连接杆与第二斜齿轮碰撞。
21.优选的，第一加载机构还包括第一力传感器以及第一位移传感器，第一力传感器安装于第一传力杆的一端，第一位移传感器安装于第一加载架一端。
22.通过采用上述技术方案，第一力传感器安装于第一传力杆的一端，第一力传感器用于测量第一传力杆的受力情况，第一位移传感器安装于第一加载架一端，第一位移传感器用于测量第一加载架的位移大小，有利于提高洞室围岩变形破坏研究数据的准确性。
23.优选的，第二加载机构还包括第二力传感器以及第二位移传感器，第二力传感器安装于第二传力杆的一端，第二位移传感器安装于第二加载架一端。
24.通过采用上述技术方案，第二力传感器安装于第二传力杆的一端，第二力传感器用于测量第二传力杆的受力情况，第二位移传感器安装于第二加载架一端，第二位移传感
器用于测量第二加载架的位移大小，有利于提高洞室围岩变形破坏研究数据的准确性。
25.优选的，第三加载机构还包括第三力传感器以及第三位移传感器，第三力传感器安装于第三传力杆的一端，第三位移传感器安装于第三加载架一端。
26.通过采用上述技术方案，第三力传感器安装于第三传力杆的一端，第三力传感器用于测量第三传力杆的受力情况，第三位移传感器安装于第三加载架一端，第三位移传感器用于测量第三加载架的位移大小，有利于提高洞室围岩变形破坏研究数据的准确性。
27.优选的，加载台为l型加载台。
28.通过采用上述技术方案，加载台为l型加载台，加载台的一边与第一加载架滑动连接，加载台的另一边与第二加载架滑动连接，l型加载台能够提高第一加载机构以及第二加载机构移动的方向准确性，有利于提高洞室围岩变形破坏研究数据的准确性，进而提高洞室围岩变形破坏研究的高效性。
附图说明
29.图1是本技术实施例的洞室围岩变形破坏模拟试验装置的整体结构示意图；
30.图2为图1中的洞室围岩变形破坏模拟试验装置的安装机构的结构示意图；
31.图3为图1中的洞室围岩变形破坏模拟试验装置的第一加载机构以及第二加载机构结构示意图；
32.图4为图1中的洞室围岩变形破坏模拟试验装置的第三加载机构的结构示意图；
33.图5为图1中的洞室围岩变形破坏模拟试验装置的第三加载驱动件的结构示意图。
34.附图标记说明：10-洞室围岩变形破坏模拟试验装置；100-安装机构；110-安装台；130-加载台；150-支撑杆；300-第一加载机构；310-第一加载油缸；330-第一加载架；350-第一传力杆；370-第一压头；390-第一力传感器；410-第一位移传感器；500-第二加载机构；510-第二加载油缸；530-第二加载架；550-第二传力杆；570-第二压头；590-第二力传感器；610-第二位移传感器；700-第三加载机构；710-第三加载架；730-第三传力杆；750-第三压头；770-第三力传感器；790-第三位移传感器；900-第三加载驱动件；910-安装架；930-电机；950-第一斜齿轮；970-第二斜齿轮；990-丝杆；991-连接杆；993-传动螺母；995-限位板。
具体实施方式
35.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
36.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
37.请参阅图1，本技术实施例公开了一种洞室围岩变形破坏模拟试验装置10，包括：安装机构100、第一加载机构300、第二加载机构500、第三加载机构700。
38.请参阅图2，安装机构100包括安装台110、加载台130以及支撑杆150。在具体设置时，安装台110的一端与加载台130固定连接，安装台110的另一端与支撑杆150固定连接，具体的，加载台130为l型加载台130，加载台130由刚性材料构成，支撑杆150有四个，四个支撑杆150分别安装于安装台110的四角。
39.请参阅图3，第一加载机构300包括第一加载驱动件、第一加载架330、第一传力杆350、第一压头370、第一力传感器390以及第一位移传感器410。在本实施例中，第一加载驱动件为第一加载油缸310。在具体设置时，第一加载油缸310固定安装于安装台110的一端，具体的，第一加载油缸310的输出端能够沿安装台110的x轴方向推进推出。在具体设置时，加载台130设置有沿x轴方向延伸的滑槽，第一加载架330与沿x轴方向延伸的滑槽滑动连接，具体的，第一加载架330的一端与第一加载油缸310的输出端连接，第一加载架330的另一端与第一传力杆350连接，第一传力杆350能够传递收到的力。在具体设置时，第一压头370安装于第一传力杆350远离第一加载架330的一端，具体的，第一压头370由刚性材料构成。在具体设置时，第一力传感器390安装于第一传力杆350上，第一位移传感器410安装于第一加载架330的一端，第一力传感器390以及第一位移传感器410与外部计算器电性连接，外部计算器能够通过第一力传感器390以及第一位移传感器410显示出洞室围岩在x方向的应力与应变。
40.请继续参阅图3，第二加载机构500包括第二加载驱动件、第二加载架530、第二传力杆550、第二压头570、第二力传感器590以及第二位移传感器610。在本实施例中，第二加载驱动件为第二加载油缸510。在具体设置时，第二加载油缸510固定安装于安装台110的一端，具体的，第二加载油缸510的输出端能够沿安装台110的y轴方向推进推出。在具体设置时，加载台130上还设置有沿安装台110的y轴方向延伸的滑槽，第二加载架530与沿安装台110的y轴方向延伸的滑槽滑动连接，具体的，第二加载架530的一端与第二加载油缸510的输出端连接，第二加载架530的另一端与第二传力杆550连接，第二传力杆550能够传递收到的力。在具体设置时，第二压头570安装于第二传力杆550远离第二加载架530的一端，具体的，第二压头570由刚性材料构成。在具体设置时，第二力传感器590安装于第二传力杆550上，第二位移传感器610安装于第二加载架530的一端，第二力传感器590以及第二位移传感器610与外部计算器电性连接，外部计算器能够通过第二力传感器590以及第二位移传感器610显示出洞室围岩在y方向的应力与应变。
41.请参阅图4，第三加载机构700包括第三加载驱动件900、第三加载架710、第三传力杆730、第三压头750、第三力传感器770以及第三位移传感器790。第三加载驱动件900用于驱动第三加载架710沿安装台110的z轴方向移动，第三加载驱动件900的输出端与第三加载架710连接。具体的，第三加载架710位于加载台130的上方。在具体设置时，第三传力杆730的一端与第三加载架710连接，第三传力杆730的另一端与第三压头750连接，具体的，第三压头750由刚性材料构成。在具体设置时，第三力传感器770安装于第三传力杆730上，第三位移传感器790安装于第三加载架710的一端，第三力传感器770以及第三位移传感器790与外部计算器电性连接，外部计算器能够通过第三力传感器770以及第三位移传感器790显示出洞室围岩在z方向的应力与应变。
42.请参阅图5，第三加载驱动件900包括安装架910、电机930、第一斜齿轮950、第二斜齿轮970以及丝杆990。在具体设置时，安装架910设置在安装台110的一侧，电机930通过螺栓固定安装于安装架910的上端外侧，电机930为伺服电机930，第一斜齿轮950通过键固定安装于电机930的输出轴端部，第二斜齿轮970啮合传动连接于第一斜齿轮950的一侧，第二斜齿轮970通过键固定安装于第一丝杆990的上端端部，丝杆990的下端端部通过轴承转动安装于安装架910，安装架910内部具有安装腔，丝杆990安装于安装腔，传动螺母993螺纹传
动连接于丝杆990，传动螺母993固定安装于连接杆991，连接杆991通过焊接固定安装于第三加载架710的一侧，需要说明的是，安装架910的一侧开设有限位槽，连接杆991通过限位槽贯穿安装架910，连接杆991能够沿限位槽滑动，实现第三加载架710的移动、定向。在具体设置时，限位板995固定安装于安装腔，具体的，限位板995位于第二斜齿轮970与丝杆990的下端端部之间且靠近第二斜齿轮970的位置，丝杆990贯穿限位板995并与限位板995转动连接。
43.本技术实施例的实施原理为：当需要研究洞室围岩变形破坏时，将围岩安装于安装台110上，第一加载油缸310能够驱动第一加载架330沿加载架x轴方向移动，第一传力杆350能够为第一压头370提供压力，进而为围岩在x轴方向提供力研究围岩在x轴方向应力与应变的关系特征，第二加载油缸510能够驱动第二加载架530沿加载架y轴方向移动，第二传力杆550能够为第二压头570提供压力，进而为围岩在y轴方向提供力研究围岩在y轴方向应力与应变的关系特征，第三加载架710安装于安装台110z轴方向移动，第三传力杆730能够为第三压头750提供压力，进而为围岩在z轴方向提供力研究围岩在z轴方向应力与应变的关系特征，该装置能够研究围岩在xyz三个不同方向的受到的应力与应变的关系，研究围岩变形破坏机制，能够提高洞室围岩变形破坏研究的高效性。
44.需要说明的是，电机930具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
45.第一加载油缸310、第二加载油缸510以及第三加载油缸的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
46.本具体实施方式的实施例均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。